(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形燃料からガス燃料を抽出する固形燃料ガス化装置と、
前記ガス燃料から汚染物質を洗浄液で取り除く洗浄装置と、
（ｉ）前記洗浄装置から前記洗浄液及び汚染物質を受け入れ、（ｉｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な内部温度を維持し、（ｉｉｉ）前記洗浄装置からの前記汚染物質の実質的に全てが室内で酸化されるように滞留時間を提供する無火炎燃焼室と、
前記洗浄装置と前記無火炎燃焼室とに連結され、前記洗浄装置から前記汚染物質を受け入れ、前記汚染物質を前記無火炎燃焼室へ導入するように構成された導入装置と、
前記洗浄装置と前記無火炎燃焼室とに連結され、前記洗浄装置によって洗浄された前記ガス燃料を前記無火炎燃焼室へ導入するように構成されたコンプレッサと、
を含んで構成されることを特徴とする段階的酸化システム。
【請求項２】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項３】
前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項４】
前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記洗浄後の水の中にある請求項３に記載の段階的酸化システム。
【請求項５】
前記コンプレッサは、前記水が前記無火炎燃焼室内へ導入される前に前記水を加圧する請求項４に記載の段階的酸化システム。
【請求項６】
前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を０．０１秒から１０秒の間維持するよう構成される請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項７】
前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンをさらに含んで構成され、
前記タービンは、前記無火炎燃焼室から熱せられて圧縮されたガスを受け入れ、前記ガスを膨張させるよう構成される請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項８】
前記無火炎燃焼室は、最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持する請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項９】
前記無火炎燃焼室は、前記洗浄装置からガス燃料を受け入れるよう構成され、前記段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化する請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項１０】
前記洗浄装置からの前記ガス燃料の実質的に全ては、前記無火炎燃焼室によって受け入れられて酸化される請求項９に記載の段階的酸化システム。
【請求項１１】
前記洗浄装置からの前記ガス燃料の第一部分は、前記無火炎燃焼室によって受け入れられて酸化され、前記洗浄装置からの前記ガス燃料の第二部分は、当該段階的酸化システムの外に配給される請求項９に記載の段階的酸化システム。
【請求項１２】
前記無火炎燃焼室は、前記洗浄装置から第１インレットを介して前記ガス燃料を受け入れ、第２インレットから追加のガス燃料を受け入れる請求項１に記載の段階的酸化システム。
【請求項１３】
段階的酸化システムであって、
（ｉ）導入装置と連結して洗浄装置から汚染液を受け入れるように構成された第１インレットと、（ｉｉ）コンプレッサと連結して前記洗浄装置から燃料を受け入れるように構成された第２インレットと、を有し、前記汚染液と前記燃料とを受け入れ、室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持しながら、段階的酸化過程を提供するのに十分な内部温度を維持して、前記汚染液の中にある前記燃料及び汚染物質を酸化する無火炎燃焼室と、
前記無火炎燃焼室から出るガスを案内するよう配置されたアウトレットと、
を含んで構成され、
前記無火炎燃焼室から出るガスは、前記無火炎燃焼室内で前記段階的酸化過程によって生成される酸化生成物のガスを含んで構成されることを特徴とする段階的酸化システム。
【請求項１４】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項１５】
前記汚染液は、ガス燃料を水で洗浄する洗浄装置によって受け入れられるよう構成される請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項１６】
前記汚染液は、前記洗浄装置からの前記水を含んで構成される請求項１５に記載の段階的酸化システム。
【請求項１７】
前記燃料は、前記洗浄装置からのガス燃料を含んで構成され、
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化する請求項１５に記載の段階的酸化システム。
【請求項１８】
更に、前記コンプレッサは、前記液体が前記無火炎燃焼室によって受け入れられる前に前記汚染液を加圧する請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項１９】
前記無火炎燃焼室は、前記燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を０．０１秒から１０秒の間維持するよう構成される請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項２０】
更に、前記無火炎燃焼室と流体連結されて、前記無火炎燃焼室から出るガスを受け入れ、当該ガスを膨張させるよう構成されたタービンを含んで構成される請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項２１】
前記無火炎燃焼室は、最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持する請求項１３に記載の段階的酸化システム。
【請求項２２】
固形燃料ガス化装置で固形燃料からガス燃料を抽出するステップと、
前記ガス燃料から汚染物質を取り除く洗浄装置内で、前記ガス燃料を洗浄液でスクラブするステップと、
導入装置を介して前記洗浄液と汚染物質とを前記洗浄装置から無火炎燃焼室に案内するステップと、
コンプレッサを介して前記洗浄装置によって洗浄された前記ガス燃料を前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室へ案内するステップと、
（ｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な、前記無火炎燃焼室の内部温度を維持すること、及び、（ｉｉ）前記洗浄装置からの前記汚染物質の実質的に全てが前記無火炎燃焼室内で酸化されるよう、前記無火炎燃焼室内での滞留時間を提供することによって、前記汚染物質を前記無火炎燃焼室内で酸化するステップと、
を含んで構成されることを特徴とする固形燃料酸化方法。
【請求項２３】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持する請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２４】
前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２５】
前記無火炎燃焼室によって前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記洗浄後の水の中にある請求項２４に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２６】
更に、前記無火炎燃焼室内での酸化の前に前記水及び汚染物質を前記コンプレッサで圧縮するステップを含んで構成される請求項２４に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２７】
前記滞留時間は、０．０１秒から１０秒の間である請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２８】
前記無火炎燃焼室からタービンに熱せられて圧縮されたガスを案内するステップと、
前記タービン内で前記ガスを膨張させるステップと、
を更に含んで構成される請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項２９】
前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室にガス燃料を案内するステップと、
前記段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化するステップと、
を更に含んで構成される請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項３０】
前記洗浄装置からの前記ガス燃料の実質的に全ては、前記無火炎燃焼室によって案内されて酸化される請求項２９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項３１】
前記洗浄装置からの前記ガス燃料の第一部分は、前記無火炎燃焼室に案内され、前記無火炎燃焼室によって酸化され、前記洗浄装置からのガス燃料の第二部分は、前記無火炎燃焼室から離れて配給される請求項２９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項３２】
前記ガス燃料は、第１インレットを介して前記無火炎燃焼室に案内され、
前記無火炎燃焼室は、第２インレットから追加のガス燃料を受け入れる請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項３３】
前記無火炎燃焼室は、最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持する請求項２２に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項３４】
導入装置と連結した第１インレットを介して洗浄装置から無火炎燃焼室に汚染液を案内するステップと、
コンプレッサと連結した第２インレットを介して前記無火炎燃焼室に前記洗浄装置によって洗浄された燃料を案内するステップと、
（ｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な、前記無火炎燃焼室の内部温度を維持すること、（ｉｉ）前記無火炎燃焼室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持すること、及び（ｉｉｉ）前記洗浄装置からの汚染物質の実質的に全てが前記無火炎燃焼室内で酸化されるよう、前記無火炎燃焼室内での滞留時間を提供することによって、前記燃料を用いて前記無火炎燃焼室内で前記洗浄装置からの前記汚染液中の前記汚染物質を酸化するステップと、
を含んで構成されることを特徴とする液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項３５】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持する請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項３６】
前記汚染液が、前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室に案内される請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項３７】
前記汚染液は、前記洗浄装置からの前記水を含んで構成される請求項３６に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項３８】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程の間、前記燃料を酸化する請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項３９】
更に、前記汚染液を無火炎燃焼室に案内する前に前記汚染液を圧縮することを含んで構成される請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項４０】
前記滞留時間は、０．０１秒から１０秒の間である請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項４１】
前記無火炎燃焼室からタービンに熱せられて圧縮されたガスを案内するステップと、
前記タービン内で前記ガスを膨張させるステップと、
を更に含んで構成される請求項３４に記載の液体中の汚染物質の酸化方法。
【請求項４２】
固形燃料からガス燃料を取り出す固形燃料ガス化装置と、
前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置と、
第１インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、該ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成され、第２インレットを備えた無火炎燃焼室と、
前記第１インレットと連結され、前記洗浄装置から前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、前記洗浄されたガス燃料を前記無火炎燃焼装置へ案内するように構成されたコンプレッサと、
前記第２インレットと連結され、前記洗浄装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内へ前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置と、
を含んで構成されることを特徴とする固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４３】
前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される請求項４２に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４４】
前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される請求項４２に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４５】
前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記洗浄後の水の中にある請求項４４に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４６】
前記コンプレッサは、前記水が前記無火炎燃焼室内へ導入される前に前記水を加圧する請求項４５に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４７】
前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を０．０１秒から１０秒の間維持するよう構成される請求項４２に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４８】
更に、前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンを含んで構成され、
前記タービンは、前記無火炎燃焼室から熱せられて圧縮されたガスを受け入れ、前記ガスを膨張させるよう構成される請求項４２に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項４９】
固形燃料からガス燃料を固形燃料ガス化装置で抽出するステップと、
前記ガス燃料を前記ガス燃料から汚染物質を取り除く洗浄装置でスクラブするステップと、
第１インレットを介して、洗浄装置から無火炎燃焼室へ前記ガス燃料を導入するステップと、
前記無火炎燃焼室で前記ガス燃料を段階的に酸化するステップと、
前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室内へ汚染物質を導入するステップと、
前記無火炎燃焼室内で、前記汚染物質を酸化するのに十分な内部温度を維持するステップと、
を含んで構成されることを特徴とする固形燃料酸化方法。
【請求項５０】
更に、前記無火炎燃焼室内で前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するステップを含んで構成される請求項４９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項５１】
更に、前記無火炎燃焼室で前記ガス燃料を段階的に酸化する前に前記ガス燃料を圧縮するステップを含んで構成される請求項４９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項５２】
更に、前記水を無火炎燃焼室に案内する前に前記水を圧縮することを含んで構成される請求項４９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項５３】
更に、前記無火炎燃焼室の前記内部温度を前記ガス燃料を酸化するのに十分な温度にを０．０１秒間から１０秒間維持するステップを含んで構成される請求項４９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項５４】
更に、前記無火炎燃焼室からの圧縮されて熱せられたガスを、前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンで膨張させるステップを含んで構成される請求項４９に記載の固形燃料酸化方法。
【請求項５５】
固形燃料からガス燃料を抽出する固形燃料ガス化装置と、
前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置と、
インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、前記ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成される無火炎燃焼室と、
前記固形燃料ガス化装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内に前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置と、
前記固形燃料ガス化装置から前記ガス燃料を受け入れ、前記ガス燃料を前記無火炎燃焼室へ案内するように構成されるコンプレッサと、
を含んで構成され、
前記無火炎燃焼室は、前記汚染物質を酸化するのに十分な内部温度を維持することを特徴とする固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項５６】
前記無火炎燃焼室は、前記内部温度を触媒無しで維持する請求項５５に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項５７】
前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される請求項５５に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項５８】
前記導入装置によって受け入れられた前記汚染物質は、前記洗浄後の水の中にある請求５７に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項５９】
前記導入装置は、前記水が前記無火炎燃焼室内へ導入される前に前記水を加圧するコンプレッサを含んで構成される請求項５７に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項６０】
前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を０．０１秒から１０秒の間維持するよう構成される請求項５５に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【請求項６１】
更に、前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンを含んで構成され、
前記タービンは、前記無火炎燃焼室から熱せられて圧縮されたガスを受け入れ、前記ガスを膨張させるよう構成される請求項５５に記載の固形燃料ガス化段階的酸化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化発電装置に関し、特に、前記ガス化過程からの弱いガスを利用でき、ガスをスクラブする間に生じた廃水を処理できるガス化発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの発電プラントは、燃料が加圧された空気に注入されたときに、その燃料が燃焼するガスタービンシステムを利用している。それにより、ガスは、加熱され、かつガスの熱エネルギーが増加する。その後、そのエネルギーは、熱エネルギーを運動エネルギーに転換するタービンで、加熱されたガスから取り出される。その運動エネルギーは、他の装置、例えば、発電機を駆動させるために使われてもよい。燃焼過程は、通常、着火源（例えば、点火プラグ）によって始められる。燃料が空気に入れられたときの着火源の高温と燃料の高濃度とに起因して、その燃焼は、非常に急激であり、瞬間的に近いものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガス化過程の間に、石炭［木炭］、石油、生物燃料、またはバイオマスのような炭素質原料を含有する固形燃料は、例えば、一酸化炭素、水素、及びメタンに転換される。これらの生成物のガスは、固形燃料では不適合であるシステムにおいて、燃料として使用されることができる。ガス化は、燃焼可能なガス（例えば、ＣＯ，Ｈ２，及びＣＨ４）を残しながら、原料が不完全に燃焼することを含む。これらのガスが発電システムの運転のために清浄化されるよう、これらのガスは、発電システムを損傷させる恐れのある、タールやダストのような他の構成要素がスクラブされるか、もしくは洗浄されなければならない。このようなスクラビング過程（洗浄過程）は、これらの汚染物質を含有する有毒な廃水（若しくは他の液体）を生じさせうる。さらに、そのようなガス化過程によって生じたガスは、非常に弱いガスになりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に記載されている内容は、前記ガス化過程からの弱いガスを利用でき、ガスをスクラブする間に生じた廃水を処理できる、統合されたガス化発電プラントの一つの実施形態である。いくつかの実施形態において、ガス化装置は、段階的酸化室と連結され、その酸化室は、システムの排気中の有害な排出物（例えば、ＮＯｘ）の量を実質的に減少させ、かつ、制限する室温に維持されている間、汚染水を受け入れ、その汚染物質を水中で酸化するように構成される。本明細書に記載されているシステム及び方法は、発電システムの出力を増加し、汚染水を清浄化するために、その汚染水を導入することが有利である。
【０００５】
段階的酸化装置に関するいくつかの態様において、燃料は、水を収容する反応室内で酸化され、その水は、ガス化過程からの汚染物質、または、分解するために有利であるいずれかの場所からの汚染物質を含むことができる。いくつかの実施態様において、燃料の酸化により解放されたエネルギーは、ガスタービンに動力を与える。相当量の水と混合された、エタノールのような液体燃料は、一般的に、即時の燃焼を行うことができない。これは、水を蒸発するのに必要となる潜熱が、燃焼の進行を抑えるからである。さらに、使用される水の中に汚染物質が含有されているときに、その汚染物質が前記反応室内で酸化されるので、その汚染物質は、燃料の構成要素となることもまた可能である。
【０００６】
本明細書に記載されたいくつかの実施形態において、固形燃料ガス化段階的酸化システムは、固形燃料からガス燃料を取り出す固形燃料ガス化装置と、前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置（スクラバー）と、コンプレッサと、第１インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、該ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成される無火炎燃焼室とを含み、前記無火炎燃焼室は、第２インレットと、該第２インレットと連結され、前記洗浄装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内へ前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置とを含んでいる。コンプレッサは、前記洗浄装置と前記無火炎燃焼室とに連結され、前記洗浄装置によって洗浄された前記ガス燃料を前記無火炎燃焼室へ導入するように構成されている。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、汚染物質を酸化するのに十分な内部温度を維持するよう構成される。また、いくつかの実施形態において、固形燃料ガス化段階的酸化システムは、固形燃料からガス燃料を取り出す固形燃料ガス化装置と、前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置と、第１インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、該ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成され、第２インレットを備えた無火炎燃焼室と、前記第１インレットと連結され、前記洗浄装置から前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、前記洗浄されたガス燃料を前記無火炎燃焼装置へ案内するように構成されたコンプレッサと、前記第２インレットと連結され、前記洗浄装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内へ前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置と、を含んで構成される。
また、いくつかの実施形態において、固形燃料ガス化段階的酸化システムは、固形燃料からガス燃料を抽出する固形燃料ガス化装置と、前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置と、インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、前記ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成される無火炎燃焼室と、前記固形燃料ガス化装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内に前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置と、前記固形燃料ガス化装置から前記ガス燃料を受け入れ、前記ガス燃料を前記無火炎燃焼室へ案内するように構成されるコンプレッサと、を含んで構成され、前記無火炎燃焼室は、前記汚染物質を酸化するのに十分な内部温度を維持する。
【０００７】
いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される。いくつかの実施形態において、前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記水の中にある。いくつかの実施形態において、前記導入装置は、前記水が前記無火炎燃焼室内へ導入される前に、前記水を加圧するコンプレッサを含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０１秒から約１０秒の間維持するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０５秒から約５秒の間維持するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０５秒から約２秒の間維持するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．１秒から約１秒の間維持するよう構成される。ある実施形態において、前記システムは、前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンをさらに含み、該タービンは、無火炎燃焼室から熱せられて圧縮された流体を受け入れ、前記流体を膨張させるよう構成される。
【０００８】
固形燃料を酸化するための、本明細書に記載されたいくつかの方法は、固形燃料からガス燃料を固形燃料ガス化装置で抽出すること、前記ガス燃料を水でスクラブすること、前記洗浄されたガス燃料を第１インレットを介して受け入れ、前記ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成された無火炎燃焼室で前記ガス燃料を段階的に酸化すること、前記水を前記無火炎燃焼室内へ導入すること、前記無火炎燃焼室内において、前記水及びこの水中の汚染物質を蒸発させ、酸化させるために十分な内部温度を維持することを含むものである。
【０００９】
いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室内で前記段階的酸化過程を触媒無しで維持することをさらに含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室で前記ガス燃料を段階的に酸化する前に前記ガス燃料を圧縮することをさらに含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室内に前記水を導入する前に、前記水を圧縮することをさらに含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室の前記内部温度を前記燃料を酸化するのに十分な温度に約０．１秒間から約１秒間維持することをさらに含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室からの圧縮されて熱せられた流体を前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンで膨張させることをさらに含む。
【００１０】
いくつかの実施形態は、固形燃料からガス燃料を抽出し、洗浄する固形燃料ガス化装置と、インレットを介して前記洗浄されたガス燃料を受け入れ、前記ガス燃料の段階的酸化過程を維持するよう構成される無火炎燃焼室と、前記ガス化装置から汚染物質を受け入れ、前記無火炎燃焼室内に前記汚染物質を導入するよう構成される導入装置とを含む固形燃料ガス化段階的酸化システムを含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記汚染物質を酸化するのに十分な前記内部温度を触媒無しで維持するよう構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、前記ガス化装置は、前記ガス燃料を洗浄する洗浄装置を含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される。いくつかの実施形態において、前記導入装置によって受け入れられた前記汚染物質は、前記水の中にある。ある実施形態において、前記導入装置は、前記無火炎燃焼室内に前記水を導入する前に、前記水を加圧するコンプレッサをさらに含んで構成される。いくつかの実施形態は、前記無火炎燃焼室が前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０１秒から約１０秒の間維持するよう構成されることを提供する。
【００１２】
いくつかの実施形態において、前記システムは、前記無火炎燃焼室と流体連結されたタービンをさらに含み、前記タービンは、前記無火炎燃焼室から、熱せられて圧縮された流体を受け入れ、前記流体を膨張させるよう構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室からの熱せられて圧縮された流体は、ガスである。
【００１３】
実施態様は、以下の特徴の１つ、または、複数を含んでもよい。前記加圧された反応室内に前記水を伝えることは、前記加圧された反応室内に前記液体を伝えることを含む。前記液体を蒸発させることは、前記加圧された反応室内で前記液体を蒸発させることを含む。前記空気及び前記燃料を含む空気／燃料混合物は、前記加圧された反応室内に伝えられる。前記液体は、前記燃料をさらに含み、前記液体を蒸発させることは、前記燃料及び前記水を蒸発させることを含み、そして、前記ガスは、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含む。前記燃料は、エタノール、灯油、及び/又は、他の種類の燃料を含む。前記液体は、５０容量％より多く水を含む、又は、前記液体は、燃料を５０容量％より多く含む。前記水を前記加圧された反応室内に伝えることは、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を前記加圧された反応室内に伝えることを含む。前記液体を蒸発させることは、前記液体を前記加熱された空気と混合することによって、前記燃料及び前記水を蒸発させることを含む。前記水を前記加圧された反応室内に伝えることは、前記熱せられた空気、前記蒸発した燃料、及び前記蒸発した水を前記加圧された反応室内に伝えることを含む。液体燃料を蒸発させることによって形成された燃料ガスは、前記蒸発した水、及び／又は、空気と組み合せられる。前記水を前記反応室内に伝えることは、前記燃料ガスの混合物、前記蒸発した水及び／又は空気を反応室内に伝えることを含む。前記燃料を酸化することは、酸化生成物のガスを生成する。前記酸化生成物のガスは、ガスタービン内で膨張させられ、前記ガスタービンは、発電装置を駆動させる。埋立地ガス（landfill gas）は、前記液体を蒸発させる前に、埋立地から受け入れられる。前記埋立地ガスは、後に蒸発される前記液体を形成するために凝縮される。前記埋立地ガスは、前記燃料を含み、そして、前記液体を凝縮することは、前記燃料から前記水を分離する。前記液体は、有毒な物質を含む。前記水を前記加圧された反応室内に導入することは、前記有毒物質を前記反応室内に伝えることを含む。
【００１４】
いくつかの態様において、システムは、蒸発装置と反応室とを含む。前記蒸発装置は、水及び燃料を含んだ液体を蒸発させ、前記水及び前記燃料を含んだガスを形成する。前記蒸発装置は、前記液体を受け入れるよう配置された蒸発装置インレットと、前記ガスを前記蒸発装置から伝えるよう配置された蒸発装置アウトレットとを含む。前記反応室は、前記燃料を前記反応室に対する周囲圧力より高い圧力の空気で酸化するよう構成される。前記反応室は、前記水及び前記燃料を含む前記ガスを受け入れるために、前記蒸発装置アウトレットと流体連結された反応室インレットを含む。
【００１５】
実施態様は、下記の特徴の一つ又は複数を含んでもよい。前記システムは、前記反応室アウトレットと流体連結されたタービンインレットを有するタービンを含む。前記タービンは、前記反応室から出るガスを受け入れ、前記タービンインレットとタービンアウトレットとの間で前記反応室から出るガスを膨張させることによって、前記反応室から出るガスの熱エネルギーを機械的エネルギーに転換するよう構成される。前記システムは、前記タービンと機械的に連結された発電機を含む。前記発電機は、前記機械的エネルギーを電気的エネルギーに転換するよう構成されている。前記システムは、埋め立て地から埋め立て地流体（landfill fluids）を受け入れる埋め立て地の井戸（landfill well）を適切に含む。前記液体は、前記埋め立て地流体の少なくとも一部を含む。前記システムは、前記埋め立て地の井戸から前記埋め立て地流体を受け入れ、前記埋め立て地流体からの前記液体を凝縮する凝縮器を含む。
【００１６】
いくつかの態様において、酸化反応室は、水を含む液体を受け入れ、前記液体を前記反応室内へ伝えるよう配置された第１インレットを含む。前記反応室は、空気を含むガスを受け入れるよう配置され、前記ガスを前記反応室内に導入する第２インレットを含む。前記反応室は、その反応室内で前記液体を蒸発させるよう構成され、前記水、前記空気、及び燃料を含むガス混合物を形成する。前記反応室は、その反応室内で前記燃料を前記空気で酸化させるよう構成される。
【００１７】
実施態様は、以下の特徴の一つまたは複数を含んでいてもよい。前記液体は、前記燃料を含む。前記ガスは、前記燃料を含む。前記反応室は、前記燃料を前記反応室内に伝えるよう配置された第３インレットを含む。前記反応室は、タービンと流体連結されたアウトレットを含む。
【００１８】
本明細書に記載された内容は、ガスタービンシステム内に水もしくは蒸気を注入するための方法及び実施形態である。ガスタービン内でより多くのガスを燃焼させることは、そのタービンの出力を増加させることができる。しかし、そのようにすることは、燃焼したガスの量を増やしうるとともに、より大きな温度上昇を引き起こしうり、その大きな温度上昇は、有害なＮＯｘガスの形成を増加させる結果となる。いくつかの実施形態において、前記システム内に水もしくは蒸気を供給することにより、本明細書に記載された前記段階的酸化システムは、そのシステムの出力を増加させている間、ＮＯｘの形成を増加させることく、燃料の酸化を提供することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物が前記反応室内の流路に沿って流れるにつれ、前記システムの前記燃料が無火炎段階的酸化過程によって酸化されることが記載されている。その燃料は、好ましくは、窒素酸化物のような有害な化合物の形成及び／又は排出を減少させるか、防止するよう十分に低い温度で酸化され、そして、好ましくは、燃料と前記反応室内に導入される他の汚染物質を酸化させるよう十分に高い温度で酸化される。前記空気／燃料混合物は、前記反応室を通って流れ、前記反応室の内表面から、可能であれば、前記反応室内に収容されていてもよいフィルマテリアル（fill material）からも、熱を吸収する。いくつかの実施形態において、前記反応室は、フィルマテリアルを含まず、そして、前記反応室を通って流れる前記空気／燃料混合物は、前記反応室内で、そこに存在するガスもしくは他の構成要素から熱を吸収する。前記空気／燃料混合物は、この混合物が前記反応室を通って流れるにつれ、徐々に温度が上昇する。前記空気／燃料混合物の温度が、前記燃料の自己点火温度に達したとき、もしくは超えたときに、前記燃料は、発熱酸化反応を受ける。
【００２０】
本明細書に記載されている多くの実施形態は、数多くの理由（例えば、燃焼可能性を減少させるため、温度を制御するため、効率および／又は出力を増加させるため、など）のうち一つもしくは複数のために、システムに蒸気もしくは水を加えることを想定している。本明細書にさらに記載されるように、この操作は、燃焼システムにおける水又は蒸気の導入と性質が異なるものである。
【００２１】
本明細書に記載されたいくつかの方法は、水を含んで構成された液体を蒸発させ、水を含んで構成されたガスを形成すること、反応室の外側に対する周囲圧力より高く加圧された前記反応室内に前記水を伝えること、前記反応室内における、燃料の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持している間、前記空気、前記燃料及び前記水を収容する、加圧された前記反応室内において、前記燃料を前記空気で酸化することを含む。
【００２２】
いくつかの方法において、加圧された前記反応室内に前記水を伝えることは、加圧された前記反応室内に前記液体を伝えることを含み、前記液体を蒸発させることは、加圧された前記反応室内で前記液体を蒸発させることを含んで構成される。いくつかの方法は、前記空気及び前記燃料を含んで構成された空気／燃料混合物を加圧された前記反応室内に伝えることをさらに含む。いくつかの例において、前記液体は、前記燃料をさらに含んで構成され、前記液体を蒸発させることは、前記燃料及び前記水を蒸発させることを含んで構成され、前記ガスは、前記蒸発した燃料および前記蒸発した水を含んで構成される。
【００２３】
いくつかの方法において、前記燃料は、エタノールもしくは灯油の少なくとも一つを含んで構成される。いくつかの例において、前記液体は、水を５０容量％より多く含んで構成される。いくつかの方法において、前記水を加圧された前記反応室内に伝えることは、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含んで構成された前記ガスを加圧された前記反応室内に伝えることを含んで構成され、そして、この方法は、加圧された反応室内に前記空気を伝えることをさらに含んで構成される。
【００２４】
いくつかの方法は、前記空気を、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含んで構成されたガスと混合することをさらに含み、加圧された前記反応室内に前記水を伝えることは、加圧された前記反応室内に、前記空気、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含む混合物を伝えることを含んで構成される。いくつかの方法において、加圧された前記反応室内に前記水を伝えることは、加圧された前記反応室内に前記液体を伝えることを含んで構成され、前記液体を蒸発させることは、加圧された前記反応室内で前記液体を蒸発させることを含んで構成される。
【００２５】
いくつかの方法において、前記液体は、前記燃料をさらに含んで構成され、前記液体を蒸発させることは、前記液体を熱せられた空気と混合することによって、前記燃料及び前記水を蒸発させることを含んで構成され、前記ガスは、前記熱せられた空気、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含んで構成される。いくつかの例において、加圧された前記反応室内に前記水を伝えることは、前記熱せられた空気、前記蒸発した燃料及び前記蒸発した水を含んで構成された前記ガスを加圧された前記反応室内に伝えることを含んで構成される。
【００２６】
いくつかの方法は、前記燃料を酸化することにより酸化生成物のガスを生成することを提供し、この方法は、ガスタービン内で、前記酸化生成物のガスを膨張させることを含んで構成される。いくつかの方法において、前記ガスタービン内で前記酸化生成物のガスを膨張させることにより、前記ガスタービンと機械的に連結された発電機を駆動させる。
【００２７】
いくつかの方法は、前記液体を蒸発させ、埋め立て地ガスから前記液体を凝縮する前に、埋め立て地から前記埋め立て地ガスを受け入れることをさらに含む。いくつかの方法において、前記埋め立て地ガスは、前記燃料を含んで構成される。いくつかの方法において、前記液体は、汚染物質を含んで構成され、加圧された前記反応室内に前記水を伝えることは、前記反応室内に前記汚染物質を伝えることを含んで構成され、前記汚染物質は、前記反応室内で酸化される。
【００２８】
本明細書に記載されたいくつかの実施形態において、システムは、水を含んで構成された液体を蒸発させて水を含んで構成されたガスを形成する蒸発装置を含み、前記蒸発装置は、前記液体を受け入れるよう配置された蒸発装置インレット及び前記蒸発装置から前記ガスを伝えるよう配置された蒸発装置アウトレットを有することが記載されている。前記システムは、前記ガスを受け入れる前記蒸発装置アウトレットと流体連結された反応室インレットを含んで構成される反応室をさらに含むことができ、前記反応室は、この反応室に対する周囲圧力より高い圧力で、前記燃料、空気及びガスを収容している間、並びに、前記反応室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持している間、燃料を空気で酸化するよう構成される。
【００２９】
いくつかの実施形態において、前記液体は、液体状態の前記燃料及びガス状態の前記燃料をさらに含んで構成されたガスをさらに含む。いくつかの実施形態は、前記反応室が前記燃料もしくは前記空気のうち少なくとも一つを受け入れるよう配置された、一つもしくは複数の追加の反応室インレットをさらに含んで構成されることを提供する。いくつかの実施形態は、前記反応室のアウトレットと流体連結されたタービンインレットを有するタービンをさらに含み、このタービンは、前記反応室から酸化生成物を受け入れ、前記タービンインレットとタービンアウトレットとの間で前記酸化生成物を膨張させることにより、前記酸化生成物の熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するよう構成される。いくつかの実施形態は、前記タービンと機械的に連結された発電機をさらに含み、この発電機は、前記機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するよう構成される。
【００３０】
本明細書に記載されたいくつかの実施形態は、酸化反応室が、この酸化反応室の内部容積内に、水を含んで構成された液体を伝えるよう配置された第１インレットと、前記内部容積内に、空気を含んで構成されたガスを伝えるよう配置された第２インレットと、前記内部容積から出るガスを伝えるよう配置されたアウトレットとを有し、前記反応室は、この反応室内の最高温度を、窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持している間、前記内部容積内で燃料を前記空気で酸化するよう適合され、前記内部容積から出るガスは、前記水及び前記内部容積内で前記燃料を酸化することにより生成された酸化生成物のガスを含んで構成されること、が記載されている。
【００３１】
いくつかの実施形態において、前記液体は、燃料をさらに含んで構成され、そして、いくつの実施形態において、前記ガスは、前記燃料をさらに含んで構成される。いくつかの実施形態は、前記アウトレットがタービンインレットと流体連結されることを提供する。いくつかの実施形態において、前記液体は、汚染物質をさらに含んで構成され、そして、前記反応室内の前記最高温度は、前記汚染物質の酸化温度であるか、それより高い温度である。いくつかの実施形態において、前記ガスは、前記反応室内で、かつ、前記汚染物質を酸化する温度、もしくはそれより高い温度である前記酸化温度の範囲内の前記温度で酸化されてもよい汚染物質を含んで構成される。
【００３２】
本明細書に記載されたいくつかの実施形態は、段階的酸化システムを含み、前記システムは、流体インレットと、前記流体インレットから第１燃料混合物を含んで構成された流体を受け入れて圧縮するコンプレッサと、前記流体の中に、燃料と水との混合物を有する液体を含んで構成された第２燃料混合物を導入するインジェクタと、前記コンプレッサから前記流体を受け入れ、前記反応室内で前記流体の無火炎酸化過程を触媒なしに維持する段階的酸化室とを有し、水は、前記第２燃料混合物を５０容量％から８０容量％含んで構成される。
【００３３】
いくつかの実施形態は、前記段階的酸化室から、熱せられて圧縮された流体を受け入れ、前記流体を膨張させるタービンをさらに含む。いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記流体が前記コンプレッサによって圧縮される前に、前記第２燃料混合物を導入する。いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記流体が圧縮された後、かつ、前記流体が前記段階的酸化室内に受け入れられる前に、前記第２燃料混合物を前記流体の中へ導入する。いくつかの実施形態は、前記インジェクタが前記第２燃料混合物を前記段階的酸化室内に導入することを提供する。
【００３４】
いくつかの実施形態は、前記第２燃料混合物を前記段階的酸化室内へ導入する前に前記第２燃料混合物を圧縮するコンプレッサをさらに含む。いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、エタノール、灯油、及び石油蒸留物の内少なくとも一つを含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、約２５容量％の燃料を有する、燃料と水との混合物を含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記システム内に、前記第２燃料混合物を液体として注入するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記システム内に、前記第２燃料混合物をガスとして注入するよう構成される。いくつかの実施形態は、前記第２燃料混合物における燃料と水との混合物の割合が、前記第１燃料混合物における燃料と空気との混合物から得られた値に基づくことを提供し、そして、いくつかの実施形態は、燃料と空気との混合物の前記割合が、前記燃料と水との混合物から得られた値に基づくことを提供する。
【００３５】
本明細書に記載されたいくつかの実施形態において、段階的酸化システムは、流体インレットと、燃料混合物を含んで構成された流体を前記流体インレットから受け入れて、前記流体を圧縮するコンプレッサと、前記流体が圧縮された後に前記流体の中に蒸気を導入するインジェクタと、前記コンプレッサから前記流体を受け入れ、かつ、前記流体の無火炎酸化過程を室内で触媒無しに維持する段階的酸化室と、熱せられて圧縮された前記流体を前記段階的酸化室から受け入れ、前記流体を膨張させるタービンとを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記流体が前記コンプレッサによって圧縮される前に蒸気を導入する。いくつかの実施形態において、前記インジェクタは、前記流体が圧縮された後、かつ、前記流体が前記段階的酸化室内に受け入れられる前に、前記流体の中に蒸気を導入する。いくつかの実施形態は、前記インジェクタが、前記段階的酸化室内に蒸気を導入することを提供する。いくつかの実施形態は、前記蒸気が前記段階的酸化室内に導入される前に前記蒸気を圧縮するスチームコンプレッサをさらに含む。
【００３７】
本明細書に記載された、燃料混合物を段階的に酸化するためのいくつかの方法は、流体インレットを介して段階的酸化システム内に空気を吸い込むこと、燃料混合物を形成するために、前記空気を燃料と混合すること、前記燃料混合物を圧縮すること、蒸気を前記燃料混合物と組み合わせるよう前記システム内に前記蒸気を注入すること、前記流体の無火炎酸化過程を触媒無しで維持する段階的酸化室内で前記燃料混合物を段階的に酸化すること、熱せられて圧縮された前記流体を前記段階的酸化室からタービンに入るよう方向づけること、前記タービンで前記流体を膨張させることを含む。
【００３８】
いくつかの方法において、前記燃料混合物を圧縮する前に、前記蒸気は、前記システム内に注入される。いくつかの方法において、前記燃料混合物の圧縮後、かつ、前記燃料混合物の段階的な酸化の前に、前記蒸気は、前記システム内に注入される。いくつかの方法において、前記蒸気は、段階的酸化室内に注入される。
【００３９】
本明細書に記載された、燃料混合物を段階的に酸化するためのいくつかの方法は、流体インレットを介して段階的酸化システム内に空気を吸い込むこと、第１燃料混合物を形成するよう前記空気を燃料と混合すること、前記第１燃料混合物を圧縮すること、第２燃料混合物を前記第１燃料混合物と組み合わせるために、前記システム内に前記第２燃料混合物を注入すること、前記流体の無火炎酸化過程を触媒無しで維持する段階的酸化室内で前記第１及び第２燃料混合物を段階的に酸化することを含み、前記第２燃料混合物は、燃料と水との混合物を有する液体を含んで構成され、水は、前記第２燃料混合物を５０容量％から８０容量％含んで構成される。
【００４０】
いくつかの方法は、熱せられて圧縮された流体を前記段階的酸化室からタービンに入るよう方向づけること、及び、前記流体を前記タービンで膨張させることをさらに含む。いくつかの方法において、前記流体が前記コンプレッサによって圧縮される前に、前記第２燃料混合物は、前記システム内に注入される。いくつかの方法において、前記流体が圧縮された後、かつ、前記流体が前記段階的酸化室内に受け入れられる前に、前記第２燃料混合物は、前記システム内に注入される。いくつかの方法において、前記第２燃料混合物は、前記段階的酸化室内に注入される。いくつかの方法は、前記第２燃料混合物を前記段階的酸化室内に導入する前に、前記第２燃料混合物をコンプレッサで圧縮することをさらに含む。
【００４１】
いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、エタノール、ガソリン、及び石油蒸留物のうち少なくとも一つを含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、約２５容量％の燃料を有する、燃料と水との混合物を含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、前記システム内に液体として注入される。いくつかの実施形態において、前記第２燃料混合物は、前記システム内にガスとして注入される。いくつかの実施形態は、前記第１燃料混合物における燃料と空気との混合物の割合を決定すること、及び、前記第１燃料混合物の割合に基づいた、前記第２燃料混合物における燃料と水との混合物の割合に調節することをさらに含む。
【００４２】
ここに記載されたいくつかの実施形態において、段階的酸化システムは、固形燃料からガス燃料を抽出する固形燃料ガス化装置と、前記ガス燃料から汚染物質を洗浄液で取り除く洗浄装置と、（ｉ）前記洗浄装置から前記洗浄液及び汚染物質を受け入れ、（ｉｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な内部温度を維持し、（ｉｉｉ）前記洗浄装置からの前記汚染物質の実質的に全てが室内で酸化されるように滞留時間を提供する、無火炎燃焼室とを含む。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される。
【００４３】
前記システムのいくつかの実施形態において、前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される。ある実施形態において、前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記水の中にあり、前記導入装置は、前記無火炎燃焼室内に前記水を導入する前に前記水を加圧するコンプレッサを含んで構成される。前記無火炎燃焼室は、好ましくは、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０１秒から約１０秒の間維持するよう構成される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持する。
【００４４】
ある実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記洗浄装置からガス燃料を受け入れるよう構成され、前記段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化する。いくつかの例において、前記洗浄装置からの前記ガス燃料の実質的にすべては、前記無火炎燃焼室によって受け入れられて酸化される。ある例において、前記洗浄装置からのガス燃料の第一部分は、前記無火炎燃焼室によって受け入れられて酸化され、前記洗浄装置からの前記ガス燃料の第二部分は、前記システムの外に配給される。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記洗浄装置から第１インレットを介して前記ガス燃料を受け入れ、第２インレットから追加のガス燃料を受け入れる。
【００４５】
いくつかの実施形態は、前記無火炎燃焼室と流体連結されるタービンを含む。前記タービンは、好ましくは、熱せられて圧縮されたガスを前記無火炎燃焼室から受け入れ、前記ガスを膨張させるよう構成される。
【００４６】
本開示には、いくつかの実施形態において、段階的酸化システムは、前記システムに汚染液を伝えるよう構成された第１インレットと、前記システムに燃料を伝えるよう構成された第２インレットと、前記汚染液と前記燃料を受け入れ、室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持しながら、段階的酸化過程を提供するのに十分な内部温度を維持して、前記液体の中にある前記燃料及び汚染物質を酸化する無火炎燃焼室と、前記無火炎燃焼室から出るガスを案内するよう配置されたアウトレットとを含み、前記無火炎燃焼室から出るガスは、前記無火炎燃焼室内で前記段階的酸化過程によって生成された酸化生成物のガスを含んで構成されること、が記載されている。いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記段階的酸化過程を触媒無しで維持するよう構成される。
また、いくつかの実施形態において、段階的酸化システムは、（ｉ）導入装置と連結して洗浄装置から汚染液を受け入れるように構成された第１インレットと、（ｉｉ）コンプレッサと連結して前記洗浄装置から燃料を受け入れるように構成された第２インレットと、を有し、前記汚染液と前記燃料とを受け入れ、室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持しながら、段階的酸化過程を提供するのに十分な内部温度を維持して、前記汚染液の中にある前記燃料及び汚染物質を酸化する無火炎燃焼室と、前記無火炎燃焼室から出るガスを案内するよう配置されたアウトレットと、を含み、前記無火炎燃焼室から出るガスは、前記無火炎燃焼室内で前記段階的酸化過程によって生成される酸化生成物のガスを含んで構成される。
【００４７】
ある実施形態において、前記システムは、前記汚染液が、ガス燃料を水で洗浄する洗浄装置によって受け入れられるよう構成されうる。いくつかの実施形態において、前記汚染液は、前記洗浄装置からの前記水を含んで構成される。ある実施形態において、前記燃料は、前記洗浄装置からのガス燃料を含み、前記無火炎燃焼室は、段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化する。コンプレッサは、前記液体が前記無火炎燃焼室によって受け入れられる前に、前記汚染液を加圧する前記システムに提供されうる。
【００４８】
いくつかの実施形態において、前記無火炎燃焼室は、前記ガス燃料を酸化するのに十分な前記内部温度を約０．０１秒から約１０秒の間維持するよう構成される。ある実施形態において、前記無火炎燃焼室は、最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持する。いくつかの実施形態は、また、前記無火炎燃焼室から出るガスを受け入れ、前記無火炎燃焼室から出るガスを膨張させるよう構成され、前記無火炎燃焼室と流体連結されるタービンも含む。
【００４９】
本明細書に記載されている内容は、固形燃料ガス化装置で固形燃料からガス燃料を抽出するステップと、前記ガス燃料から汚染物質を取り除く洗浄装置内で、前記ガス燃料を洗浄液でスクラブするステップと、導入装置を介して前記洗浄液と汚染物質を前記洗浄装置から無火炎燃焼室に案内するステップと、コンプレッサを介して前記洗浄装置によって洗浄された前記ガス燃料を前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室へ案内するステップと、（ｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な、前記無火炎燃焼室の内部温度を維持すること、及び、（ｉｉ）前記洗浄装置からの汚染物質の実質的にすべてが前記無火炎燃焼室内で酸化されるよう、前記無火炎燃焼室内での滞留時間を提供することによって、前記汚染物質を前記無火炎燃焼室内で酸化するステップとを含む固形燃料酸化方法である。また、いくつかの固形燃料酸化方法は、固形燃料からガス燃料を固形燃料ガス化装置で抽出するステップと、前記ガス燃料を前記ガス燃料から汚染物質を取り除く洗浄装置でスクラブするステップと、第１インレットを介して、洗浄装置から無火炎燃焼室へ前記ガス燃料を導入するステップと、前記無火炎燃焼室で前記ガス燃料を段階的に酸化するステップと、前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室内へ汚染物質を導入するステップと、前記無火炎燃焼室内で、前記汚染物質を酸化するのに十分な内部温度を維持するステップと、を含んで構成される。
【００５０】
いくつか方法は、前記無火炎燃焼室が前記段階的酸化過程を触媒無しで維持することを提供する。いくつかの方法において、前記ガス燃料は、前記洗浄装置によって水で洗浄される。いくつかの方法において、前記無火炎燃焼室によって前記洗浄装置から受け入れられた前記汚染物質は、前記水の中にある。ある方法は、前記無火炎燃焼室内での酸化の前に、前記水及び汚染物質をコンプレッサで圧縮することをさらに含む。いくつかの方法において、前記滞留時間は、約０．０１秒から約１０秒の間である。
【００５１】
ある方法は、また、熱せられて圧縮されたガスを前記無火炎燃焼室からタービンに案内すること、及び、前記タービン内で前記ガスを膨張させることも含む。いくつかの方法は、ガス燃料を前記洗浄装置から前記無火炎燃焼室に案内すること、及び、前記段階的酸化過程の間、前記ガス燃料を酸化することをさらに含む。いくつかの方法において、前記洗浄装置からの前記ガス燃料の実質的にすべてが前記無火炎燃焼室に案内され、前記無火炎燃焼室によって酸化される。
【００５２】
いくつかの方法は、前記洗浄装置からの前記ガス燃料の第一部分が前記無火炎燃焼室に案内され、前記無火炎燃焼室によって酸化され、前記洗浄装置からのガス燃料の第二部分が前記無火炎燃焼室から離れて配給されることを提供する。いくつかの方法において、前記ガス燃料は、第１インレットを介して前記無火炎燃焼室に案内され、前記無火炎燃焼室は、第２インレットから追加のガス燃料を受け入れる。ある方法は、前記無火炎燃焼室が最高内部温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持することを提供する。
【００５３】
液体中の汚染物質を酸化する方法として本明細書に記載された内容は、導入装置と連結した第１インレットを介して洗浄装置から無火炎燃焼室に汚染液を案内するステップと、コンプレッサと連結した第２インレットを介して前記無火炎燃焼室に前記洗浄装置によって洗浄された燃料を案内するステップと、（ｉ）段階的酸化過程を提供するのに十分な、前記無火炎燃焼室の内部温度を維持すること、（ｉｉ）前記無火炎燃焼室内の最高温度を窒素酸化物の形成を生じる温度より低く維持すること、及び（ｉｉｉ）前記洗浄装置からの汚染物質の実質的に全てが前記無火炎燃焼室内で酸化されるよう、前記無火炎燃焼室内での滞留時間を提供すること、によって、前記燃料を用いて前記無火炎燃焼室内で前記洗浄装置からの前記汚染液中の前記汚染物質を酸化するステップとを含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室が前記段階的酸化過程を触媒無しで維持することを提供する。いくつかの方法において、前記滞留時間は、約０．０１秒から約１０秒の間である。
【００５４】
ある方法は、前記汚染液が、ガス燃料を水で洗浄する洗浄装置から前記無火炎燃焼室に案内されることを提供する。いくつかの方法において、前記汚染液は、前記洗浄装置からの前記水を含んで構成される。いくつかの方法は、前記燃料が洗浄装置からのガス燃料を含んで構成され、前記段階的酸化過程の間、前記無火炎燃焼室が前記ガス燃料を酸化することを提供する。ある方法は、前記汚染液を無火炎燃焼室に案内する前に、前記汚染液を圧縮することをさらに含む。いくつかの方法は、前記無火炎燃焼室からタービンに熱せられて圧縮されたガスを案内すること、及び、前記タービン内で前記ガスを膨張させることをさらに含む。
【００５５】
これらの概念における一つもしくは複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の発明の詳細な説明で明らかになっている。これらの概念の他の特徴、目的、及び利点は、発明の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。
【００５６】
本開示の種々の特徴を実施する概略的な構成は、図面の参照とともに直ちに記載される。図面及び関連づけられた記載は、本開示の実施形態を示すために提供され、本開示の範囲を限定するものではない。参照番号は、図面を全体において、参照される要素間で一致するものを指し示すために再利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】ガス化発電プラントの実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】ガス化発電プラントの実施形態を示す図である。
【図２Ａ】ガス化発電プラントのさらなる実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】ガス化発電プラントのさらなる実施形態を示す図である。
【図３Ａ】ガス化発電プラントのさらなる実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】ガス化発電プラントのさらなる実施形態を示す図である。
【図４】ガスタービンシステムの実施形態を示す図である。
【図５】ガスタービンシステムのさらなる実施形態を示す図である。
【図６】ガスタービンシステムのさらなる実施形態を示す図である。
【図７Ａ】酸化反応室の一例における流体流を示す概要図である。
【図７Ｂ】酸化反応室の一例における流体流を示す概要図である。
【図７Ｃ】酸化反応室の一例における流体流を示す概要図である。
【図７Ｄ】酸化反応室の一例における流体流を示す概要図である。
【図８】ガスタービンシステムの実施形態を示す図である。
【図９】ガスタービンシステムのさらなる実施形態を示す図である。
【図１０】ガスタービンシステムのさらなる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
石炭またはバイオマスのような固形燃料のガス化は、ガス状の燃料を製造するために用いられうる。ガス化過程の間、石炭、石油、バイオ燃料、またはバイオマスのような炭素質の物質は、このような原材料となる物質を制御された量の酸素および／又は蒸気を用いて高温下で反応させることによって、例えば、一酸化炭素や水素に転換される。これらの過程は、固形燃料では不適合であるシステムにおいて、燃料として用いることができるガスを生じさせる。
【００５９】
ガス化過程のいくつかの実施形態において、有機材料を含有する固形燃料が供給されている。一例として、バイオマスのガス化とは、結果として一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、及びメタン（ＣＨ４）を有する可燃性ガスの製造となる、バイオマスの不完全燃焼である。この混合物は、発生炉ガスまたは燃料ガスと称されてもよい。この燃料ガスは、内燃機関を運転するため、ファーネス油の代わりとして用いることができ、そして、メタノールを製造するために用いることができる。バイオマス原料がガス化を受けることができるので、この過程は、エタノール製造もしくはバイオガスと比較したときに、選択されたバイオマス原料のみで燃料を製造しうる点で、魅力的である。ガス化過程が他の炭素性原料で実施されうるので、バイオマスのガス化は、単に、ガス化過程の一例として提供され、そして、本開示は、バイオマスのガス化に限定することを意図するものではない。
【００６０】
ガス化の間、一酸化炭素及びエネルギーを生成しながら、いくらかの有機材料を、わずかに、もしくは部分的に酸化させることを可能とするよう、制限された量の酸素もしくは空気が有機性材料とともに反応装置内に導入される。この第一の過程は、有機性原料を水素や付加的な二酸化炭素に転換する第二の反応を起こさせる。第三の反応は、有機材料からの一酸化炭素や残りの水が、メタンや過多の二酸化炭素を生成するよう反応したときに起こる。この第三の反応は、反応可能なガスや有機材料の滞留時間を増加させる反応装置内で熱を与え、圧力を発生させるだけでなく、その室内で、より完全に起こる。
【００６１】
バイオマスの完全な燃焼による生成物は、概して、窒素、水蒸気及び二酸化炭素を含み、そして、酸素及び窒素を含有していてもよい。しかし、ガス化の不完全な燃焼において、生成物は、可燃性のガスである（例えば、ＣＯ，Ｈ２，そしてＣＨ４）。ガス化過程による、より有用性の低い生成物は、例えば、タールやごみを含んでいる。燃料ガスの製造は、例えば、木炭［炭］の赤く燃える層を通過させるなどして、水蒸気や二酸化炭素の反応によって提供される。それゆえに、多くのガス化システムにおいて、この過程は、バイオマスから木炭に変えるという生成条件や、木炭をＣＯやＨ２に転換する適切な温度に木炭を維持することを含む。様々な種類のガス化システムの中には、例えば、ダウンドラフトガス化装置や、アップドラフトガス化装置やクロスドラフトガス化装置がある。
【００６２】
しかし、このガス状燃料のいくつかの態様や、このガス状燃料を形成するよう用いられる過程は、ガス化過程の実施例を限定する。例えば、大方のガス化過程は、弱いガスを生じさせる。例えば、いくつかのガス化過程において、燃料ガスは、たった約２−６容量％のメタンを含むだけである。そのような低いパーセンテージ燃料ガスは、それがどのように使用しうるかを限定する。本明細書に記載された内容は、これらのガス化過程によって製造された燃料ガスと同様に低濃度の燃料ガスを利用する方法およびシステムである。
【００６３】
多くのガス化過程において、水分は、その過程の中に含まれる反応、または、燃料ガスの処理のどちらかによって燃料ガスとともに生じる。いくつかの例において、燃料ガスは、スクラブされるか、洗浄される必要がある。これは、水でガスを洗浄することによって実行されうる。これは、燃料ガスの水分含量を増加させうり、その水分含量は、燃料ガスを多くの使用法に対してより利用価値を低くしうる。本明細書に記載されている内容は、発電システム内に洗浄水（scrubbing water）を含めることにより、洗浄水を処理すること及び発電システムの出力を増加させることの両方を取り扱う発電システムによって燃料ガスや洗浄水を利用する方法及びシステムである。
【００６４】
ガス化過程は、また、タールのような、望ましくない構成要素を生じさせもする。上述したように、燃料ガスを洗浄するための一つの方法は、そのガスを水でスクラブすることである。この過程は、水がそのガスから取り除かれたタールや他の炭化水素で汚染されるようになるので好ましくない。それから、その水は有害な廃棄物となり、そして、その水の処理は、非常に費用がかかるものになりうる。ガスからタールを取り除くことは、フィルターにより成し遂げられ、そのフィルターは、定期的なメンテナンスを必要とし、フィルターを洗浄するか、または取り替えるため、定期的にシステムの操業を停止するという結果になりうる。本明細書に記載されている内容は、燃料ガスを水でスクラブし、それから、水を蒸発させてタールや他の炭化水素を酸化させる酸化システムに水を供給し、さらには、発電するためにガス化による弱いガスを利用する、改良されたガス化発電プラントの実施形態である。これらの方法及びシステムは、発電を行い、そして、完全に汚染水を使い果たす方法を提供する。
【００６５】
図１Ａは、改良されたガス化装置−酸化システム５０の実施形態を示す。固形燃料２１及び２３は、コンベヤー２２を介し、ガス化装置インレットホッパー２４を通ってガス化装置１９に送り込まれる。そのガス化装置は、結果として一部が酸化するまたは不完全に酸化するよう燃料と反応する空気を供給する送風機（空気ブロア）２０を含む。熱の一連の変化や時間依存反応を通じて、ガス化装置は、固形燃料をＣＯ，Ｈ２そしてＣＨ４などの構成要素を伴う燃料ガスに転換させる。その燃料ガスは、また、燃料ガスのエネルギー含量を減少させる窒素や二酸化炭素も含有している。Ｃ４炭化水素，Ｃ５炭化水素，Ｃ６炭化水素，Ｃ７炭化水素のような他の完全な炭化水素や灰もまた、ガス化過程の間に形成される。これらの製造物のいくつかは、上述したのと同様、タールや粒子状物質のような汚染物質として、そのガスの中で同伴させられる。
【００６６】
燃料ガス中の汚染物質は、おそらく、そのガスの最終利用者に損害を与え、そして、その汚染物質は、そのガスから除かれる必要がある。例えば、もし仮に、そのガスがタービン燃料としての使用のために冷却されれば、その汚染物質は、コンプレッサやタービンの構成部分に損害を与えうる。この冷却や汚染物質の除去は、例えば、洗浄装置２７内でガス化装置から出るガスを水蒸気を用いてスクラブすることなどによって達成される。タンク１０４内に収容された汚染水は、ポンプ１０８、パイプ２８と３０、そして、スプレーノズル２９を通って循環される。いくつかの実施形態は、循環の間に水が冷却されることを提供する。タンク１０４内の水は、新たに発生したガスの流れをスクラブするにつれて、ますます汚染されるようになる。いくつかの実施形態において、他の液体は、燃料ガスをスクラブするために用いられ、そして、これらの実施形態は、同様に運用される。
【００６７】
図１Ａに示すように、改良されたガス化装置及びガスタービンシステム５０は、それらの中に収容された汚染物質を有する水を利用することができる。いくつかの実施形態において、汚染物質は、段階的酸化プロセスの間に酸化されうる、タールや他の炭化水素であることができる。この過程の間、そのタールや炭化水素は、それらが完全に酸化されてそのシステムに対する燃料として貢献するので、燃料として作用することができる。さらに、本明細書に記載されているように、燃料を有するその水は、燃料ガスと混合された水もしくは反応室１０１内で酸化されうる汚染物質を伴う水のことを言及しうる。また、ここに記載されているように、汚染物質を伴う水は、燃料ガスまたはガス化装置１９からの汚染物質を伴う水のことを指してもよい。
【００６８】
図１の一例のシステム５０は、空気源（air source）１１０（例えば、周囲空気）を含み、空気源１１０は、ガス化装置１９と連結され、そして、供給管３１を介してスクラブされたガスを受け入れることができる。そのシステムは、また、コンプレッサ１１４、タービン１１５、熱交換装置１２２、圧縮装置１０８、蒸発室１１８及び反応室１０１も含んでいる。改良されたガス化発電プラントは、さらに、より少ない構成要素を含んでも、及び／又は、異なる構成要素を含んでもよい、その構成要素は、同様の方法で用いられてもよいし及び／又は異なった方法で用いられてもよい。
【００６９】
空気源１１０は、反応室１０１内における酸化過程のための空気を提供する。空気源１１０は、ガス化装置１９からガスを供給し、そのガスは、空気と混合される。空気源１１０は、システム５０を取り巻く大気から空気を供給することができる。空気源１１０からの空気は、燃料の酸化に十分な、いかなる濃度の酸素を含んでいてもよい。空気源１１０からの空気は、酸素ガスに加え、他のガスを含んでいてもよい。例えば、その空気は、窒素、二酸化炭素、及び／又は、他の反応可能もしくは反応不可能なガスを含んでいてもよい。
【００７０】
空気源１１０からの空気は、コンプレッサ１１４に伝えられることができる。図１Ａに示された、一例のシステム５０において、コンプレッサ１１４は、タービン１１５からシャフトを通じて機械的回転エネルギーを受け入れてもよい。コンプレッサ１１４は、コンプレッサ１１４内の空気／燃料混合物の圧力を増加させるよう、タービン１１５からの機械的回転エネルギーを利用することができる。いくつかの実施態様において、システム５０は、異なった方法で動作するコンプレッサを含んでもよい。
【００７１】
圧縮された空気は、コンプレッサ１１４から熱交換装置１２２に伝えられることができる。圧縮過程は、空気を熱し、そして、その空気は、熱交換装置１２２によってさらに熱せられることができる。熱交換装置１２２は、コンプレッサー１１４から圧縮された空気を受け入れ、圧縮された空気を熱し、そして、熱せられて圧縮された空気を反応室１０１に伝える。熱交換装置１２２は、また、ガスタービン１１５から排気ガスを受け入れてもよい。熱交換装置１２２は、圧縮された空気を予熱するために、排気ガスからの熱を利用してもよい。例えば、その排気ガスや空気／燃料混合物は、熱交換装置１２２を通って流れる間、伝熱構造の反対側に接触してもよい。伝熱構造は、高温の排気ガスから低温の空気に熱エネルギーを伝導してもよい。
【００７２】
示された例において、流体タンク１０４は、液体混合物１０２を収容し、その液体混合物１０２は、液状水、燃料、及び／又はガス化過程からの汚染物資を含む。流体タンク１０４は、追加の及び／又は異なる、ガス、液体及び／又は個体の物質を含有していてもよい。流体タンク１０４は、任意の適切なサイズまたは形状の、いかなる種類の液体貯蔵システム又は容器を含んでもよい。流体タンク１０４は、この流体タンク１０４内への、及び／又は、この流体タンク１０４外への流体連結を提供する、インレット及び／又はアウトレットを含んでもよい。いくつかの例において、液体混合物１０２は、液体のエタノール、液体の灯油、及び／又は他の種類の液体燃料を含む。いくつかの例では、液体混合物は、タールや、ガス化過程からの他の汚染物資を含む。液体混合物は、いかなる水源からの水を含んでもよい。
【００７３】
液体混合物１０２は、流体源からの流体を含んでもよい。多くの異なる種類の流体源が想定される。いくつかの流体源の例は、ワイン製造設備、エタノール製造設備、埋め立て地、アルコール製造設備、製油所、製鉄工場、化学プラント、油田、レストラン、及び／又は、液体燃料及び／又は液状水の他の源を含む。本明細書で用いられるように、用語「水」は、広範囲の表現であり、限定することなしに、液体又はガスのように流れることができる物質を含むことを意味する。いくつかの実施形態において、流体燃料は、ガス燃料を言及し、しかし、多くの実施形態において、流体燃料は、液体状又はガス状の少なくともどちらか一つの状態にある燃料を言及することができる。いくつかの実施形態において、流体燃料は、液体燃料とガス燃料との両方を言及することができる。
【００７４】
液体混合物１０２は、流体タンク１０４から蒸発室１１８内へ伝えられることができる。示された、一例のシステム５０において、導管１０６及び加圧装置１０８は、流体タンク１０４のアウトレットと蒸発室１１８のインレットとの間に流体連結を提供する。加圧装置１０８は、ポンプ、又は、タンク１０４から蒸発室１１８内へ流体流を引き起こす他の種類の装置でありうる。蒸発室１１８は、熱交換装置、又は、液体混合物１０２の温度を上昇させる他の種類の加熱装置を含んでもよい。
【００７５】
液体混合物の温度の上昇は、蒸発室１１８内の液体が蒸発する割合を増加させてもよい。システム５０及び／又は他の熱エネルギー源からの排気は、蒸発室１１８内の液体を加熱するために用いられてもよい。示された例において、導管１２４は、熱交換装置１２２から蒸発室１１８に熱エネルギーを供給する。排気は、蒸発室１１８に熱エネルギーを与えた後に、アウトレット１１２を通過して大気に放出されてもよい。
【００７６】
液体混合物１０２は、ガス混合物を形成するよう蒸発室１１８内で蒸発する。蒸発室１１８で生成されたガス混合物は、混合物１０２中の液体燃料からの蒸気状燃料、及び／又は混合物１０２中の液状水からの水蒸気を含んでもよい。例えば、エタノールと水との液体混合物を加熱することは、エタノールと水の両方を蒸発させることができる。
【００７７】
蒸発室１１８内で形成されたガス混合物は、反応室１０１内に伝えられてもよい。図１Ａに示された例において、蒸発した液体及び燃料または汚染物質を含むガス混合物は、導管１２０内へ伝えられ、そして、熱交換装置１２２からの圧縮されて予熱された空気と混合されるよう、導管１２０から導管１２８内へ伝えられる。図１Ａにおける蒸発室１１８は、燃料と水とのガス状混合物を生成するので、蒸発室１１８からのアウトプットを導管１２０内の空気と混合することは、空気、燃料、及び水のガス状態の混合物を形成する。上述のように、汚染物質は、反応室１０１内で酸化されるので、本明細書では、汚染物質さえも燃料として言及される。
【００７８】
反応室１０１は、燃料が酸化するよう、空気と燃料を保持している。反応室１０１内での燃料の酸化は、燃料の温度を燃料の自動点火温度に、または、それより高く上昇させることにより起こされてもよい。システム５０は、酸化触媒材料（例えば、プラチナ）によらず、及び／又は、点火源（例えば、火炎または火花）によらず、反応室１０１内で酸化を起こしてもよい。燃料は、例えば、反応室内の燃料の最高温度を限界温度より低く維持することなどによって、空気／燃料混合物の温度を限界温度より高く上昇させずに、反応室１０１内の空気で酸化されてもよい。限界温度は、一つまたは複数の要因に基づき決定されてもよい、例えば、限界温度は、推奨された又は最高限度のタービンの操作温度、推奨された又は最高限度のタービンに対するインレット温度、窒素酸化物の形成を生じる温度、反応室１０１を通る燃料の流量に基づき選択された温度、及び／又は、他の要因による温度などになりうる。
【００７９】
いくつかの実施態様において、燃料は、窒素酸化物の形成を生じる温度より低い温度で反応室１０１内で酸化される。そのように、反応室１０１は、窒素酸化物の最小限の量のみを生成する間、燃料の事実上全てを酸化することができる。例えば、システム１１２からの排気ガスは、窒素酸化物、ＶＯＣｓ、ＣＯのそれぞれを１百万分率より少なく含んでもよいし、そして、さらには、入り込む空気中に含有されるＶＯＣｓやＣＯの濃度を減少させてもよい。
【００８０】
いくつかの場合において、反応室１０１内の耐火材のサーマルマスは、熱を吸収して、タービンに損傷を与えうる及び／又は好ましくない副産物（例えば、窒素酸化物、二酸化炭素、揮発性の有機化合物及び／又はその他のもの）を生じさせうる過度の熱を防止する、吸収材として機能してもよい。いくつかの場合において、反応室１０１内の耐火材のサーマルマスは、熱エネルギーの一時的な供給源を提供してもよく、その熱エネルギーは、燃料の酸化を維持する助けをしてもよい。
【００８１】
反応室１０１は、一つもしくは複数のインレットを含んでもよい。インレットのそれぞれが、空気、燃料、水もしくはこれらの任意の組み合わせを反応室内に伝えてもよい。例えば、蒸発室１１８からのガス状の燃料／水混合物は、反応室１０１内へ直接伝えられてもよい。いくつかの実施態様において、本明細書に記載された実施形態の中に示されているように、液体混合物１０２は、液体状態で、反応室１０１内へ直接伝えられてもよい。反応室１０１は、酸化された燃料及び／又は他の原料をタービン１１５に伝える、一つもしくは複数のアウトレットを含んでいる。
【００８２】
示された例において、排気管１３２は、排気ガスを導管１３０を通過させてタービン１１５のインレットに伝える。水混合物の中に含まれた燃料がガス化装置からの汚染物質を含有するときは、タービン１１５を通過する熱せられた空気がタービン又はシステム５０の他の構成要素に損傷を生じさせないことを確実にするよう、管１３２と列となるフィルター３２を含むことが有利でありうる。フィルター３２は、水混合物１０２中の汚染物質または他の構成要素の酸化により生じる、灰やダストを捕捉するよう構成されうる。
【００８３】
加熱過程の間、及び／又は、持続運転の間、アウトレットを通過して反応室１０１から出るガスは、完全に酸化された燃料生成物、反応不可ガス、そして、ごく微量の窒素酸化物及び二酸化炭素を含んでもよい。いくつかの例において、アウトレットを通過して反応室１０１から出るガスは、微量より多く、酸化されていない燃料、窒素酸化物、二酸化炭素及び／又は他の原料を含んでもよい。
【００８４】
タービン１１５は、酸化生成物のガスのエネルギーを回転機械エネルギーに転換する。例示のタービン１１５は、酸化された燃料をタービンインレットを通過させて受け入れ、タービンインレットとタービンアウトレットとの間で酸化燃料を膨張させ、そして、膨張したガスをタービンアウトレットを通過させて伝える。いくつかの実施態様において、混合物がガス化装置からの汚染物質を含んでいるとき、混合物は、反応室１０１に混合物中の燃料の実質的に全てを酸化するのに十分長く残留（滞留）する。いくつかの場合において、燃料を酸化するのに必要な温度より高く反応室１０１の内部温度を維持し、タービン１１５に動力を与えている間、蒸発した燃料及び／又は液体混合物１０２中の汚染物質を酸化することによって、反応室１０１内で解放された熱は、入り込む燃料を酸化温度に至るよう熱するのに十分な熱エネルギーを供給してもよい。
【００８５】
反応室１０１から出るガスがタービン１１５に動力を与えたあとに、タービン１１５は、そのガスの熱エネルギーを回転機械エネルギーに転換する。そのタービン１１５の回転機械エネルギーは、コンプレッサー１１４を駆動させ、そして、タービン１１５は、そのガスをタービン１１５のアウトレットから熱交換装置１２２に伝える。そのガスは、熱交換装置１２２に熱エネルギーを供給する、それから、好ましくは、熱エネルギーを蒸発室１１８に供給するよう、蒸発室１１８へ伝えられる。そのガスは、出口１１２を通過して、例えば、排気筒を通過して、そのシステムから出る。
【００８６】
タンク１０４内の洗浄水及び／又は冷却水（もしくは、他の冷却液体）は、ガス化装置内で、タール、粉じん、そして、他の溶解できる汚染物質を、ガス蒸気から収集する。液体は、ポンプ１０８によってパイプ２８を通過させて洗浄容器（scrubbing vessel）２７に運ばれ、そこで、その液体は、ガス化装置１９から出て、パイプ２６を通過して洗浄容器１７に入り込むガス流に吹きかけられる。液体をスクラブすることは、ガスからタールや粉じんを収集し、そして、パイプ３０を介してタールや粉じんをタンク１０４内に移動させる。水もしくは液体中のタールと粉じんの濃度が十分に高い点に達するとき、汚水もしくは汚液は、蒸発装置１８内にポンプで注入される。冷却システムは、液体をさらなるスクラビングのために再利用する前に、液体の温度を低下させるよう、加えられてもよい。蒸発装置１１８は、熱交換装置１０を出るガスで熱せられるが、しかし、汚水もしくは汚液を蒸発させるのに十分な熱を保持する。蒸発装置１１８からの蒸気は、パイプ１２８に運ばれて、そして、そこから反応室１０１に運ばれ、そこで、有用な熱をガスから取り出しながら、その蒸気の燃料分、そして、汚染分は、酸化される。
【００８７】
いくつかの例において、汚水は、また汚染され、そして、蒸発装置１１８は、水中の汚染物質の全てを排熱で蒸発できるようにしなくてもよい。このような場合のために、図２Ａから３Ｂに示されたシステムは用いられてもよい。
【００８８】
図２Ａは、改良したガス化装置システム６０のさらなる実施形態を示す。この構成において、蒸発したもしくは同伴した汚染物質を伴う、蒸発した液体は、蒸発装置１１８から反応室１０１内に直接導入され、その後、前記実施形態同様に反応が大きく進行する。
【００８９】
図３Ａは、改良されたガス化装置システム７０のさらなる実施形態を示し、その中で、汚染水は、初めに蒸発室１１８を通過せずに、反応室１０１内へ直接吹きかけられる。一旦、反応室１０１の内側で、水や汚染物質が酸化されると、そのようにして形成されたガスは、反応室１０１を通過してタービン１１５内へ伝わる。もし仮に、水の吹きかけが反応室１０１を冷却する傾向にあれば、反応室１０１が再度、十分な高温状態となるまで、そのフローは、短縮されたり、一時的に止められてもよい。持ち越されるいずれの灰も、反応室１０１の内側における多孔性の媒体の上、もしくはホットフィルター３２内のどちらか一方で捕捉されることができる。他の可能な灰の捕捉手段は、重力、流向の変更、もしくはサイクロン型の分離器を用いることを含む。代替的には、二重化システムが用いられることができ、そのようにして、もし仮に、灰分が非常に高い場合、第２反応室１０１が用いられてもよい、その結果、灰が一方から取除かれている間、他方は運転中となる。
【００９０】
汚染水の処理は、どのような過程が実行されるかにより、効率性、及び／又は、システムの出力の改善を補助してもいいし、しなくてもよい。もし仮に、汚染水が多量の炭化水素を含有していれば、炭化水素中のエネルギーは解放されてもよく、それゆえ、他方廃棄されることになる燃料を用いて発電量を増加させる。もし仮に、システムからの排熱もまた、図１Ａ〜２Ｂの構成において蒸気を生成するよう用いられれば、システムの全体の効率性が改善できる。
【００９１】
いくつかの上記構成において、反応室１０１の内部温度は２，３００Ｆより低く維持されてもよく、その温度は、有害なＮＯｘが形成し始める温度である。それゆえに、これらの実施形態は、ＮＯｘの形成を防止できるというさらなる利点を有する。
【００９２】
図１Ｂ，２Ｂそして３Ｂは、図１Ａ，２Ａそして３Ａに示されたガス化発電プラントと同様に多くの特徴を有する改良されたガス化発電プラントの実施形態を表している。図１Ｂ，２Ｂそして３Ｂに示された実施形態において、システムは、ガス燃料を空気源１１０を通過して反応室１０１に入るよう方向づけるのに加えて、システムの外部での利用のためにガス化装置により製造されたガス燃料の方向を変更するよう構成される。導管３３は、洗浄装置２７及び導管３１に連結されているように示されている。反応室１０１内でガス燃料に対する需要がより低いときに、ガス燃料は、導管３３を通過して、システム外部での利用のために方向を変更することができる。反応室１０１内でガス燃料に対する、より高い需要があるときは、システムの外部での利用のために導管３３を通過する、方向を変更されたガス燃料の量は、反応室１０１内で酸化過程に適切なガス燃料を供給するために減少させることができる。導管３３を通過する、方向を変更されたガス燃料の量は、洗浄装置２７からのガス燃料の全てが空気源１１０に入るように方向づけられる程度に減少させることができる。
【００９３】
本開示の一つの有利な点は、燃料及び汚染物質の反応室内での酸化が段階的酸化過程を通じて成し遂げられることである。この段階的酸化過程の間、反応室内での温度は、有害な排気ガスの製造をせずに燃料及び汚染物質を完全に酸化させる温度に維持される。段階的酸化過程が用いられるので、燃料の水分が燃料の酸化に有害な影響を及ぼさない。多くの燃焼室において、水分は、燃料の点火を抑制し、それにより、その燃焼室を信用性が低い状態にする。しかし、段階的酸化プロセスは、燃料の燃焼なしに成し遂げられるので、燃料や汚染物質の酸化は、増加した水分に関わらず成し遂げられうる。その上、多くの例において、増加した水分は、さらなる利点を提供してもよい。
【００９４】
以下に示された内容は、改良されたガス化発電プラントと連結されて用いられることができる段階的酸化システムのさらなる実施形態である。ガス化装置は、これらの実施形態には示されていないが、当業者は、前述のシステム、及びに以下に記載された操作に基づき、どのようにガス化装置が運転されるのかについて把握することができる。後に記載の実施形態において、明確に他に説明されなければ、段階的酸化過程の間、汚染物質が燃料として作用できるので、水／燃料混合物は、段階的酸化過程によって反応室内で酸化されるガス化汚染物質を含有している供給水を含むことができる。
【００９５】
上述のように、燃料の水分は、燃焼不可能であるので、水を含む燃料は、しばしば、いくつかの従来型の燃焼過程と適合しない。さらに、燃料が燃焼するにつれて、水は蒸発し、そして、蒸発の潜熱は、燃焼過程から熱を取り除く。もし仮に、燃料の含水量が非常に高かったら、燃焼は起こりえない。エタノール及び、果物、さとうきび、コーン、セルロース廃棄物、そして他の源から引き出すことができる一般のアルコールは、再生可能な燃料として用いられているが、エタノールは、一般的に、エタノール及び水の希薄混合物を最初に生成することによって製造され、それ後、その混合物から水を分離する。水及びエタノールは、完全に混和でき、そして、水の分離は、費用が高い蒸留を必要とする。蒸留は、通常、エタノールからすべての水を取り除くことさえできず、そして、特殊工程においては、一般的に、エタノールを完全に無水にすることが求められる。同様に、燃料タンク及び廃水収集タンクからのオイル／水混合物は、通常、水分離及び／又は処理用分解設備に輸送され、それらは、非常に費用が高くなりうる。燃料及び水の混合物を効率的に消費できるガスタービンは、燃料の消費、燃料コスト、清掃要求、及び／又は、環境的な影響を減少させてもよい。いくつかの従来型のシステムにおいて、液体燃料及びいずれかの同伴した水の蒸発による潜熱は、ガスタービン発電サイクルの効率性を低下させる。
【００９６】
図４に示された一例のシステム１００において、燃料／水混合物１０２は、タンク１０４内に貯蔵される。燃料／水混合物１０２は、ガス化装置からの汚染物質を含むことができる。混合物は、加圧装置１０８を用いて熱交換装置／蒸発装置１１８を通過させ、ポンプで運ばれてもよい。パイプ１２４を通過して熱交換装置１２２から出た排熱ガスは、液体の燃料／水混合物をその中で蒸発させる蒸発装置１１８に運ばれる。別の方法では大気に解放されるであろう余剰熱で、液体燃料及び液状水を蒸発させることによって、蒸発の潜熱は、余剰熱源から提供され、それから、著しくはシステムの効率性を低下させない。
【００９７】
いくつかの実施態様において、システム全体の効率性は、改善されてもよい。例えば、多くの一般的な液体燃料（例えば、エタノール、ガソリン、石油蒸留物及び／又は他のもの）に対しては、２５重量％の燃料を有する燃料／水混合物がシステム排気からの適切な余剰熱で蒸発されうること、が推定される。さらなる利点は、蒸発した水は、ガス混合物のマスフローを増やしてもよく、それゆえに、タービンの出力を増加させてもよいことである。いくつかの実施形態において、水／燃料混合物は、ガス化装置からの汚染物質を含むことができる。
【００９８】
いくつかの実施態様において、汚染物質の排出および／又は他の有害物質を減少させることにより環境影響は減少されてもよい。例えば、システム１００は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）の排出、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）及び／又は他の種類の潜在的に有害なガスの排出を減少させる、もしくは、無くす方法で、燃料を酸化させることができる。
【００９９】
いくつかの実施態様において、システム１００は、持続運転の間、燃料の最高温度を２３００゜Ｆに維持することによって（華氏２３００度（°Ｆ）より高い温度は、窒素酸化物を形成を起こすおそれがある。）窒素酸化物の形成を、減少させる、もしくは、無くすことができる。反応室の内部温度及び滞留時間を制御することにより、ガスタービンシステムは、１百万分率（ｐｐｍ）より少ない一酸化炭素（ＣＯ）を、及び／又は、１ｐｐｍより少ない窒素酸化物（ＮＯｘ）を有する排気ガスを生成してもよい。いくつかの実施形態において、システム１００は、５ｐｐｍより少ないＮＯｘを有する排気ガスを生成するよう構成することができる。いくつかの実施形態において、システム１００は、３ｐｐｍより少ないＮＯｘを有する排気ガスを生成するよう構成することができる。いくつかの実施形態において、システム１００は、２ｐｐｍより少ないＮＯｘを有する排気ガスを生成するよう構成することができる。いくつかのシステムは、１５ｐｐｍ以上のＣＯ及び／又は１５ｐｐｍ以上のＮＯｘを有する排気を生成する。
【０１００】
いくつかの実施形態において、システム１００は、反応室１０１内で窒素酸化物を相当量形成する限界温度より低い最高温度を維持することによって、窒素酸化物の形成を減少させる、または、無くすよう構成される。例えば、いくつかの実施形態において、反応室１０１内での最高温度は、約２３００Ｆより低い。いくつかの実施形態において、反応室１０１内での最高温度は、約２０００Ｆから約２３００Ｆの間である。いくつかの実施形態において、反応室１０１内での最高温度は、約２１００Ｆから約２３００Ｆの間である。いくつかの実施形態において、反応室１０１内での最高温度は、約２２００Ｆから約２３００Ｆの間である。いくつかの実施形態において、反応室１０１内での最高温度は、約２３００Ｆより高く、もしくは約２０００Ｆより低くなりうる。
【０１０１】
いくつかの燃料／水混合物（例えば、エタノール／水混合物、バイオリファイナリーの副産物、そして他のもの）は、比較的製造するのが簡単であるが、しかし、いくつかの現行の発電プラントに対して余分な処理が必要となる。そのような燃料は、発電するよう本明細書に記載されたシステム内で直接使われてもよいし、そして、いくつかの場合において、水と混合されない燃料より、より一層多く発電する。いくつかの場合において、発電プラントは、大部分が水である燃料／水混合物で動作することができる。例えば、蒸発した燃料／水混合物は、燃料を酸化する反応室内へ伝えられることができ、そして、燃料の酸化からのエネルギーは、タービンを駆動できる。
【０１０２】
いくつかの例において、燃料／水混合物を反応室内に伝える前に、燃料／水混合物を完全にもしくは部分的に蒸発させるようタービンからの排熱を利用することにより、効率性は、さらに増加される。さらに、システムを通じたマスフローは、水から生成された蒸気のために増加されてもよく、その水は、システム出力のさらなる増加を導いてもよい。増加された出力（燃料のインプットを増加させずに）は、また効率性を増加させてもよい。いくつかの実施態様において、そのようなシステムからの水蒸気は、効率性及び約５％までの潜在的な出力ゲインを生み、酸化装置を通じてマスフローを約６％まで増加させる。例えば、２００ｋＷのシステムにおいて、燃料の消費を全く増加せずに、出力の増加は、約１２ｋＷになりうる。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、約２５％のエタノールと約７５％の水との混合物は、発電プラントからの排熱で蒸発させることができ、そして、そのタービンシステムは、結果として生じた、蒸発した混合物を出力エネルギーに加工する。いくつかの実施形態において、混合物は、約２０％のエタノールと８０％の水を含んでいてもよいし、そして、さらなる実施形態においては、混合物は、約１５％のエタノールと約８５％の水を含んでいてもよい。さらなる実施形態において、混合物は、含有量が約８５％より多く水を含み、及び／又は、含有量が１５％より少なくエタノールを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、混合物は、約１５％までエタノールを含むことができる。いくつかの実施形態において、混合物は、約２％から約１５％のエタノールを含むことができる。約２％から約１５％がエタノールで構成されている混合物を伴うような燃料含有量が少ないものを有する実施形態において、本明細書でさらに説明されているのと同様に、追加燃料は、低い燃料含有量の混合物を補うよう加えられてもよい。いくつかの実施形態において、エタノール以外の他の燃料は、等しい割合もしくは同程度の比率で用いられてもよい。
【０１０４】
図４は、水と混合された燃料を利用することができるガスタービンシステム１００の一例を示す。その例示のシステム１００は、空気源１１０（例えば、周囲空気）、コンプレッサ１１４、タービン１１５、熱交換装置１２２、液体タンク１０４、圧縮装置１０８、蒸発室１１８、そして反応室１０１を含む。図４に示されるように、一例のシステム１００は、また、電力発生装置１１９も含んでもよい。示された一例のシステムにおいて、シャフト１０５は、タービン１１５をコンプレッサ１１４と発電機１１９に機械的に連結させる（タービン１１５、コンプレッサ１１４及び発電機１１９の組み合わせは、タービン発電機として参照される。）ガスタービンシステムは、追加の、より少ない、及び／又は、異なった構成要素を含んでもよい、その構成要素は、同様の、及び／又は、異なる方法で用いられてもよい。
【０１０５】
例示の空気源１１０は、反応室１０１内での酸化過程のために空気を供給する。炭化水素燃料は、酸素が存在する状態でそれらの自動点火温度より高い温度にそれらが熱せられたときに、酸化される。空気源１１０は、酸素を含有しているガスを供給し、その酸素は、燃料を酸化するよう燃料と混合される。いくつかの実施形態において、空気源１１０は、本明細書の実施形態において説明されるように、ガス化装置によってシステム１００に供給される。空気源１１０は、システム１００を取り巻く大気から空気を供給することができる。空気源１１０からの空気は、燃料の酸化に十分な、いかなる濃度の酸素を含んでいてもよい。空気源１１０からの空気は、酸素ガスに加え、他のガスを含んでいてもよい。例えば、その空気は、窒素、二酸化炭素、及び／又は、他の反応可能もしくは反応不可能なガスを含んでいてもよい。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、燃焼ガスは、システム１００の性能を調整するよう、空気源１１０に添加されることができる。例えば、燃料含有量が少ない混合物が自立分解のために十分な燃料を含有していない、もしくは、酸化過程が維持されることができない実施例において、燃焼ガスは、酸化過程のための十分な燃料を供給するよう、空気源１１０で空気とともに添加されることができる。空気源１００で添加されることができる燃焼ガスは、限定しないが、例えば、水素、メタン、エタン、エチレン、天然ガス、プロパン、プロピレン、プロパジエン、ｎ−ブタン、イソブタン、ブチレン−１、ブタジエン、イソペンタン、ｎ−ペンタン、アセチレン、ヘキサン、そして、二酸化炭素を含んでいる。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、空気源１１０で添加された燃焼ガスの量は、燃料／水混合物１０２の中で検知された燃料の量に基づいて調整されることができる。もし仮に、燃料／水混合物１０２の燃料含有量が変化して、それにより、混合物１０２において、好ましくない燃料濃度に変化すれば、空気源１１０で添加された燃焼ガスの量は、反応に応じて、増加させることができるか、又は減少させることができる。いくつかの実施形態において、空気源１１０で添加された燃焼ガスの量は、ステム１００によって受け入れられた燃料／水混合物１０２の燃料含有量に基づく。いくつかの実施形態において、空気源１１０で添加された燃焼ガスの量は、燃料／水混合物１０２における燃料含有量と、反応室内１０１での温度との組み合わせに基づく。いくつかの実施形態において、空気源１１０で添加される燃焼ガスの量は、燃料／水混合物１０２における燃料含有量と、反応室１０１内での温度変化もしくは温度変化の割合との組み合わせに基づく。
【０１０８】
燃料／水混合物１０２における燃料含有量は、液体タンク１０４内、圧縮装置１０８と蒸発室１１８との間、もしくは、蒸発室１１８と反応室１０１との間で検知されることができる。燃料／水混合物１０２における燃料のいくらかは、いくつかの例においては、燃料／水混合物１０２が蒸発室１１８によって熱せられるときに酸化されてもよい。いくつかの実施形態は、燃料／水混合物１０２の燃料含有量が蒸発室１１８と反応室１０１との間で検知されることを提供する。そのような実施形態において、空気源１１０で添加された燃焼ガスの量は、蒸発室１１８と反応室１０１の間で検知された、燃料／水混合物１０２の燃料含有量に基づく。
【０１０９】
いくつかの例において、燃料／水混合物１０２は、燃料として考慮できない、追加の構成物質を含有していてもよい。例えば、燃料／水構成物１０２は、いくつかの実施形態において、汚染物質と水とを含んで構成されてもよい。汚染水は、いくつかの他の過程における中間生成物になりうり、そして、その汚染水は、その汚染水もしくは排水を酸化するようシステム１００に案内される。例えば、汚染水は、上述のように、ガス化装置の一部である洗浄装置から生じうる。ガス化過程において、用いられるガス燃料を配給する前に、水は、結果として生じたガス燃料を浄化して汚染物質を取り除くために用いられる。それから、汚染水は、例えば、汚染水を液体タンク１０４に置くことなどによって、システム１００に案内される。その後、汚染水は、燃料／水混合物１０２に関する上記同様の方法でシステム１００内へと引き入れられ、そして、汚染物質が反応室１０１内で酸化されている間、その水は、蒸発される。このような方法において、システム１００は、汚染水、有毒な水、もしくは排水を取扱い、洗浄する手段として、動作することができる。システム１００は、たとえあるとしても最少量の有害なガス中間生成物を生成している間、汚染水を洗浄する汚染物質制御装置として動作することができる。
【０１１０】
燃料／水混合物１０２の燃料含有量が非常に少ないもの、燃料含有量が少ないものと汚染水との組み合わせ、もしくは、汚染水だけを含む実施形態において、追加ガス燃料は、上記説明のように、空気源１１０によってシステム１００内へと導入されることができる。いくつかの実施形態において、そのガス燃料は、実質上、反応室１０１内での酸化過程を維持する最適の燃料である。いくつかの実施形態は、ガス燃料がガス化装置によって生成されたガス燃料の少なくとも一部であることを提供する。
【０１１１】
いくつかの例において、システム１００に供給される汚染水は、反応室１０１内での酸化の前に、液体燃料とともに追加されうる。例えば、もし仮に、ガス化装置からの汚染された水が液体タンク１０４内へ置かれたとき、液体燃料は、燃料／水混合物１０２の燃料含有量を増加させるよう、液体タンク１０４に添加されうる。この過程は、空気源１１０でのガス燃料の導入に加えて、もしくは、それに変わって、実行されうる。
【０１１２】
空気源１１０からの空気は、コンプレッサ１１４に伝えられることができる。図４に示された一例のシステム１００において、例示のコンプレッサ１１４は、空気を空気源１１０からコンプレッサインレットを通して受け入れ、受け入れた空気を圧縮して、そして、圧縮された空気をコンプレッサアウトレットを通過させて伝える。コンプレッサ１１４は、タービン１１５からシャフト１０５を通じて機械的回転エネルギーを受け入れてもよい。コンプレッサ１１４は、コンプレッサ１１４内の空気／燃料混合物の圧力を増加させるよう、タービン１１５からの機械的回転エネルギーを利用することができる。いくつかの実施態様において、システム１００は、異なった方法で動作するコンプレッサを含んでもよい。例示のシャフト１０５は、回転エネルギーをタービン１１５から、コンプレッサ１１４と発電装置１１９とに伝える。いくつかの実施態様において、シャフト１０５は、複数のシャフトを含んでもよい。例えば、第１シャフトは、タービン１１５からコンプレッサ１１４にエネルギーを伝えてもよい、そして、第２シャフトは、タービンから発電装置１１９にエネルギーを伝えてもよい。
【０１１３】
圧縮された空気は、コンプレッサ１１４から熱交換装置１２２に伝えられることができる。圧縮過程は、空気に熱を与え、そして、熱交換装置１２２は、さらに空気を熱することができる。例示の熱交換装置１２２は、コンプレッサ１１４から空気を受け入れ、圧縮された空気を熱し、熱せられて圧縮された空気を反応室１０１に伝える。熱交換装置１２２は、また、ガスタービン１１５から排気ガスを受け入れてもよい。熱交換装置１２２は、圧縮された空気を予熱するために、排気ガスからの熱を利用してもよい。例えば、その排気ガスや空気／燃料混合物は、熱交換装置１２２を通って流れる間、伝熱構造の反対側に接触してもよい。伝熱構造は、高温の排気ガスから低温の空気に熱エネルギーを伝導してもよい。いくつかの実施態様において、システム１００は、異なった方法で動作する熱交換装置を含んでもよい。例えば、システム１００は、異なる場所（ソース）からの熱を用いて空気を予熱してもよいし、または、システム１００は、混合物を予熱せずに、反応室１０１内に空気を伝えてもよい。
【０１１４】
空気は、空気と燃料を反応室１０１内に伝える前に、空気／燃料混合物を形成するよう、燃料と混合されてもよい。概して、空気は、システム１００内の任意の場所で燃料と組み合わされてもよい。例えば、空気をコンプレッサ１１４内に伝える前に、空気を熱交換装置１２２に伝える前に、空気を反応室内に伝える前に、及び／又は空気を反応室１０１内に伝えた後に、燃料は、空気と混合されてもよい。図４に示される例において、空気は、熱交換装置１２２と反応室１０１の内部との間の導管１２８内で燃料と混合される。導管１２８内で受け入れられた燃料は、蒸発室１１８内で液体混合物１０２を蒸発することにより形成されたガス状の燃料を含んでいる。いくつかの例において、反応室内へのインレットで、空気と燃料は混合されてもよい。
【０１１５】
示された例において、流体タンク１０４は、液体混合物１０２を収容し、その液体混合物１０２は、液体燃料及び液水を含んでいる。流体タンク１０４は、追加の、及び／又は、異なる、ガス、液体及び／又は固形物を収容してもよい。流体タンク１０４は、任意の適切なサイズまたは形状の、いかなる種類の液体貯蔵システム又は容器を含んでもよい。流体タンク１０４は、この流体タンク１０４内への、及び／又は、この流体タンク１０４外への流体連結を提供する、インレット及び／又はアウトレットを含んでもよい。いくつかの例において、液体混合物１０２は、液体のエタノール、液体の灯油、及び／又は他の種類の液体燃料を含む。液体混合物は、いかなる水源からの水を含んでもよい。
【０１１６】
いくつかの実施態様において、液体混合物１０２中の水は、汚染物質、粒子状物質（粉じん）、有毒物質、及び／又は異なる種類の物質を含んでいる。いくつかの実施形態において、汚染物質、粒子状物質、有毒物質、及び／又は異なる種類の物質は、水がガス化装置内でガス流をスクラブするために用いられた後の結果となりうる。概して、液体混合物１０２は、水及び燃料を任意の割合で有していてもよい。いくつかの例において、液体混合物１０２は、低いパーセンテージの液体燃料を含む（例えば、２５％）、そして、いくつかの例において、液体混合物１０２は、高いパーセンテージの液体燃料を含む、（例えば、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、もしくは、それより高い）。いくつかの例において、液体混合物１０２は、低いパーセンテージの液状水を含む（例えば、２０％、１０％もしくはそれより低い）、そして、いくつかの例において、液体混合物１０２は、高いパーセンテージの液状水を含む（例えば、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、それより高い）。反応室１０１は、好ましくは、燃料、汚染物質、粒子状物質、有毒物質、及び／又は他の種類の物質を、排気ガスもしくは生成物を無害にするのに十分に酸化するよう構成される。例えば、いくつかの実施形態において、これらの物質は、少なくともＣＯ２、Ｈ２Ｏ、そしてＯ２に分解される。いくつかの実施形態において、その物質は、実質的に、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ、そしてＯ２のみに分解される。
【０１１７】
いくつかの場合において、液体混合物１０２は、その液体混合物１０２の中に他の原料を全く含まず、液体燃料と液状水のみを含んでもよい。液体混合物１０２は、液体燃料と液状水に加えて他の原料を含んでもよい。例えば、液体混合物１０２は、追加の及び／又は異なる液体、ガス、及び／又は個体を含んでもよい。いくつかの場合において、追加の水は、ガスタービンシステム１００の出力パワーを増加させるよう液体混合物１０２に添加されることができる。
【０１１８】
液体混合物１０２は、流体源からの流体を含んでもよい。多くの異なる種類の流体源が想定される。いくつかの流体源の例は、ワイン製造設備、エタノール製造設備、埋め立て地、アルコール製造設備、製油所、製鉄工場、化学プラント、油田、レストラン、及び／又は、液体燃料及び／又は液状水の他の源を含む。
【０１１９】
液体混合物１０２は、液体タンク１０４から蒸発室１１８内へ伝えられることができる。示された一例のシステム１００において、導管１０６及び加圧装置１０８は、流体タンク１０４のアウトレットと、蒸発室１１８のインレットとの間に流体連結を提供する。加圧装置１０８は、ポンプ、又は、タンク１０４から蒸発室１１８内へ流体流を引き起こす他の種類の装置でありうる。蒸発室１１８は、熱交換装置、又は、液体混合物１０２の温度を上昇させる他の種類の加熱装置を含んでもよい。
【０１２０】
液体混合物の温度の上昇は、蒸発室１１８内の液体が蒸発する割合を増加させてもよい。タービンシステム１００及び／又は、他の熱エネルギー源からの排気ガスは、蒸発室１１８内で、液体を熱するために用いられてもよい。示された例において、導管１２４は、熱交換装置１２２から蒸発室１１８に熱エネルギーを供給する。排気は、蒸発室１１８に熱エネルギーを与えた後に、アウトレット１１２を通過して大気に放出されてもよい。
【０１２１】
液体混合物１０２は、ガス混合物を形成するよう蒸発室１１８内で蒸発させられる。蒸発室１１８で生成されたガス混合物は、混合物１０２中の液体燃料からの蒸気状燃料、及び／又は混合物１０２中の液状水からの水蒸気を含んでもよい。例えば、エタノールと水との液体混合物を加熱することは、エタノールと水の両方を蒸発させることができる。蒸発する物質の割合は、分圧に基づいてもよい。
【０１２２】
液体混合物１０２を蒸発させることは、ガス状の水を含むガス混合物を形成するよう水を蒸発させることを含んでもよい、そして、液体混合物１０２を蒸発させることは、ガス状の燃料を含むガス混合物を形成するよう、燃料を蒸発させることを含んでもよい。ガス混合物は、蒸気状態、及び／又は、蒸発過程によって生成された、他の種類のガス状態のような、いかなるガス状態を含んでもよい。例えば、ガス混合物は、任意の種類の蒸発過程から生じる、蒸発した液体、水蒸気及び／又は燃料蒸気を含むことができる。蒸気状態において、蒸気の分圧は、沸点圧か、もしくは、それより高くなりえ、及び／又は、蒸気の温度は、沸点、もしくはそれより高くなりうる。ガス混合物は、沸点より低い温度であってもよいし、及び／又は、沸点での圧力より低圧となってもよい。
【０１２３】
液体に対する蒸発過程は、液体の沸点より低い温度での、液相から気相への相転移を含んでよい。蒸発過程は、追加の、及び／又は異なる種類の蒸発過程を含んでもよい。例えば、いくつかの例において、蒸発過程は、沸騰させる過程、及び／又は液体からガスを形成する他の熱力学的な過程を含んでもよい。液体混合物１０２を蒸発させるための熱は、熱交換装置１２２からの排気ガスによって、部分的または全体的に供給される。蒸発室１１８で形成されたガス混合物は、また、燃料及び／又は水に加え、他の原料を含んでもよい。例えば、液体混合物１０２からの蒸気は、追加の及び／又は異なる液体、ガス及び／又は個体と混合されてもよい。
【０１２４】
蒸発室１１８内で形成されたガス混合物は、反応室１０１内に伝えられてもよい。図４に示された例において、蒸発した液体及び蒸発した燃料を含むガス混合物は、導管１２０内に伝えられ、そして、熱交換装置１２２からの圧縮されて余熱された空気と混合されるよう、導管１２０から導管１２８内へ伝えられる。図４における蒸発室１１８は、燃料及び水の、ガス状の混合物を生成するので、蒸発室１１８からのアウトプットを導管１２０内で空気と混合することは、ガス状態の、空気と、燃料と、そして水との混合物を形成する。空気／燃料／水混合物は、燃料含有量が少なくてもよく、例えば、燃料に対する爆発下限界濃度（ＬＥＬ）より低い濃度でもよい。
【０１２５】
混合物は、例えば、およそ１５ｂｔｕ／ｓｃｆ、もしくはそれより低い発熱量を有していてもよい、もしくは、混合物は、より高い発熱量を有してもよい。混合物は、例えば、火気を維持するために用いることができない等の、不燃焼性の混合物であってもよい。いくつかの実施態様において、液体混合物１０２から蒸発した燃料は、システム１００の動作を維持するのに十分である。
【０１２６】
システム１００は、空気を、燃料と水との蒸発した混合物と混合することができる混合装置（図示されていない）を追加的に含んでもよい。空気は、例えば、蒸発した混合燃料を空気の蒸気の中へ注入することなどによって、混合装置なしに燃料及び水と混合されてもよい。いくつかの例において、空気、燃料、水、及び／又は他の物質は、システム１００内の追加的な、及び／又は異なる場所で混合されてもよい。例えば、空気源１１０からの空気は、空気をコンプレッサ１１４に伝える前に、追加燃料と組み合わされてもよい。いくつかの例において、反応室１０１は、空気を空気源１１０から反応室１０１内へと直接導入する空気インレットを含んでもよい。いくつかの実施態様において、例えば、反応室内１０１内の高温の領域を冷却する等のように、空気は、コントロールフローとして反応室１０１内へと導入されてもよい。いくつかの実施態様において、空気及び蒸発した混合物は、空気／燃料／水混合物を反応室１０１内で形成するよう、反応室１０１内へ分けて伝えられてもよい。
【０１２７】
反応室１０１は、空気が酸化されるときに、空気および燃料を保持する。反応室１０１内での燃料の酸化は、燃料の温度を燃料の自動点火温度に、もしくはそれより高く上げることによって起こされる。システム１００は、反応室１０１内で酸化触媒材料（例えば、プラチナ）によらず、及び／又は点火源（例えば、火炎若しくは火花）によらず酸化を起こしてもよい。燃料は、例えば、反応室内の燃料の最高温度を限界温度より低く維持することなどによって、空気／燃料混合物の温度を限界温度より高く上昇させずに、反応室１０１内の空気で酸化されてもよい。
【０１２８】
限界温度は、一つもしくは複数の要因に基づいて決定されてもよい、例えば、限界温度は、推奨された又は最高限度のタービンの動作温度、推奨された又は最高限度のタービンに対するインレット温度、窒素酸化物の形成を生じる温度、反応室１０１を通る燃料の流量に基づき選択された温度及び／又は、他の要因による温度などになりうる。
【０１２９】
いくつかの実施態様において、燃料は、窒素酸化物の形成を生じる温度より低い温度で反応室１０１内で酸化される。そのように、反応室１０１は、窒素酸化物の最小限の量のみを生成する間、燃料の事実上全てを酸化することができる。例えば、システム１００からの排気ガスは、窒素酸化物、ＶＯＣｓ、ＣＯのそれぞれを１百万分率より少なく含んでもよいし、そして、さらには、入り込む空気中に含有されるＶＯＣｓやＣＯの濃度を減少させてもよい。
【０１３０】
反応室１０１は、耐火断熱材を内張りした内容積を含んでもよい。セラミックや岩石のような、フィルマテリアル（fill material）と呼ばれる熱吸収材及び／又は耐火材の高温は、反応室１０１内に供給されてもよい。フィルマテリアルは、反応室１０１を通り流れている弱い燃料の徐酸化を容易にするサーマルマスを有してもよい。サーマルマスは、入り込むガスに熱を伝えること、及び、酸化されたガスから熱を受け入れることにより燃料の段階的酸化のための温度を安定させる助けになってもよい。
【０１３１】
いくつかの場合において、反応室１０１内の耐火材のサーマルマスは、熱を吸収し、かつ、タービンに損傷を与え及び／又は好ましくない中間生成物（例えば、窒素酸化物、二酸化炭素、揮発性の有機化合物及び／又は他のもの）を生じさせうる過剰の温度を防ぐ吸収材の役目をしてもよい。いくつかの場合において、反応室１０１内の耐火材のサーマルマスは、熱エネルギーの一時的な供給源を提供してもよく、その熱エネルギーは、燃料の酸化を維持する助けをしてもよい。
【０１３２】
反応室１０１の容量及び形状、そしてシステム全体の構成は、燃料の完全な酸化のために十分な滞留時間を許容しながら、反応室１０１を通るコントロールフロー及び制御された流量を提供するよう設計されうる。流路は、その流路に沿った空気及び燃料混合物の流量が燃料を完了するまで酸化することを可能とするよう、流路の長さを平均化したときに十分に長くなりうる。例のように、反応室内でのガスの平均滞留時間は、１秒となりえ、もしくは、いくつかの場合においては、１秒より長くなりえる。反応室内でのガスの平均滞留時間は、いくつかの場合において、１秒より短くなりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、約０．１秒から約１０秒の間の範囲になりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、約０．５秒から約５秒の間の範囲になりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、約０．５秒から約２秒の間の範囲になりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、約０．５秒から約１秒の間の範囲になりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、約１秒から約２秒の間の範囲になりうる。いくつかの実施形態において、反応室内でのガスの滞留時間は、０．１秒より短くなりえ、もしくは１０秒より長くなりうる。混合物の酸化の割合は、燃料の構成物質、燃料濃度、酸素濃度、圧力、温度及び他の要因に関連して変化するものである。それゆえ、酸化の割合は、これらの要素を調整することによって、それに応じて調整されうる。
【０１３３】
反応室１０１は、また、温度、圧力、流量、もしくは、操業開始及び／又はガスタービンシステム１００の運転に関連する他の特性のような特性を検知するための１つもしくは複数のセンサーも含んでもよい。反応室１０１は、また、酸化過程の状況を制御する、内部構造及び／又は装置を含んでもよい。例えば、反応室１０１は、分流器、弁、及び／又は温度、圧力、流量及び／又は反応室内の流体の他の状況を制御する他の機構を含んでもよい。
【０１３４】
反応室１０１は、１つもしくは複数のインレットを含んでもよい。インレットのそれぞれが、空気、燃料、水もしくはこれらの任意の組み合わせを反応室内に伝えてもよい。例えば、蒸発室１１８からのガス状の燃料／水混合物は、反応室１０１内へ直接伝えられてもよい。いくつかの実施態様において、液体混合物１０２は、液体状態で反応室１０１内へ直接伝えられてよい。反応室１０１は、酸化された燃料及び／又は他の原料をタービン１１５に伝える、一つもしくは複数のアウトレットを含んでいる。
【０１３５】
示された例において、排気パイプ１３２は、排気ガスを導管１３０を通過させて、タービン１１５のインレットへと伝える。加熱過程の間及び／又は持続運転の間、アウトレットを通過して反応室１０１を出るガスは、完全に酸化された燃料生成物、反応不可ガス、そして、微量の窒素酸化物及び二酸化炭素を含んでもよい。いくつかの例において、アウトレットを通過して反応室１０１から出るガスは、微量より多く、酸化されていない燃料、窒素酸化物、二酸化炭素及び／又は他の原料を含んでもよい。
【０１３６】
運転において、反応室１０１は、例えば、大気圧より高く、及び／又は反応室１０１の外側に対する周囲圧力より高く加圧されてもよい。反応室内の圧力は、コンプレッサ１１４及び／又は他の加圧装置により供給されてもよい。いくつかの例において、加圧された反応室１０１の圧力は、２ｐｓｉゲージ圧より高い（すなわち、反応室の外側に対する周囲圧力より高い２ｐｓｉより高い）。いくつかの例において、反応室１０１内の圧力は、運転の間、１０〜１５ｐｓｉゲージ圧であるか、もしくはそれより高い。
【０１３７】
加圧された反応室１０１内へ伝えられた物質は、高圧（例えば、反応室１０１の内側の圧力より高い圧力）で反応室１０１内へ導入されうる。例えば、空気、燃料、及び／又は、水は、反応室１０１の内圧と同圧に、もしくはそれより高圧に加圧された反応室１０１内へと導入されてもよい。反応室１０１内の高圧は、反応室からタービン１１５内への流体連結を引き起こす、その流体連結は、反応室１０１から出るガスがタービンに動力を与えることを可能にする。
【０１３８】
タービン１１５は、酸化生成物のガスのエネルギーを回転機械エネルギーに転換する。例示のタービン１１５は、酸化された燃料をタービンインレットを通過させて受け入れ、タービンインレットとタービンアウトレットとの間で酸化燃料を膨張させ、そして、膨張したガスをタービンアウトレットを通過させて伝える。タービン１１５は、機械的回転エネルギーをシャフト１０４を通じてコンプレッサ１１４に伝える。タービン１１５は、機械的回転エネルギーをシャフト１０５を通じて発電装置１１９に伝えてもよい。いくつかの実施態様において、システム１００は、異なった方法で動作するタービンを含んでもよい。
【０１３９】
発電装置１１９は、タービン１１５からの回転エネルギーを電気的エネルギーに転換する。例えば、発電装置１１９は、電力を送電網もしくは電力を蓄え及び／又は電力で動作するシステムに出力する。いくつかの実施態様において、発電装置１１９は、運転開始時に機械的エネルギーをコンプレッサ１１４に供給してもよい。例えば、発電装置は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに転換することができるモータリングモードで動作ができるようにしてもよい。いくつかの例において、システム１００は、エネルギーを発電装置１１９に供給せずに動作してもよい。例えば、システム１００は、アウトプットされる電力に頼らず、燃料、及び／又は、他の物質（例えば、液体混合物１０２の中の物質）を分解する熱酸化装置として動作してもよい。
【０１４０】
例示のシステム１００における運転のいくつかの態様において、反応室１０１は、反応性に富んだ状態で動作する。空気源１１０は、コンプレッサー１１４に空気を供給する。コンプレッサ１１４は、空気を圧縮し、圧縮された空気を熱交換装置１２２に伝える。熱交換装置１２２は、圧縮された空気を熱する。液体燃料及び液状水を含む液体混合物１０２は、加圧装置１０８を通して蒸発室１１８内へ伝えられる。液体混合物１０２は、ガス混合物を形成するよう蒸発室１１８内で蒸発される。ガス混合物は、両方とも気相である燃料及び水を含み、それらは、燃料蒸気及び／又は水蒸気を含んでもよい。ガス混合物は、熱せられて圧縮された空気と導管１２８内で組み合わされる。結果として生じた、空気、燃料及び水の混合の混合物は、反応室１０１内に導入される。混合物は、熱せられ、そして、反応室１０１内で燃料は酸化される。
【０１４１】
いくつかの実施態様において、混合物は、混合物内の燃料の実質的にすべてが酸化されるのに十分長く反応室１０１内に残留（滞留）する。いくつかの場合において、液体混合物１０２からの蒸発した燃料を酸化することによって反応室１０１内で解放された熱は、反応室１０１内の内部温度を燃料を酸化するのに必要な温度より高く維持している間、入り込む燃料を酸化温度に熱し、タービン１１５に動力を与えるために十分な熱エネルギーを供給してもよい。
【０１４２】
酸化生成物のガス及び水を含むガスは、反応室１０１を通って、タービン１１５への反応室アウトレットに伝えられる。反応室１０１を出るガスの温度は、およそ１６００°Ｆもしくはそれより高くてもよい、もしくは反応室１０１を出るガスは、低い温度を有していてもよい。反応室１０１を出るガスは、タービンインレットに入る前に濾過されてもよい。酸化生成物のガスは、例えば、タービン１１５が過度に熱せられることを防止する等のように、タービン１１５より前で、酸化生成物に適用した流体（例えば、空気及び／又は他のガスもしくは液体）で冷却されてもよい。
【０１４３】
反応室１０１を出るガスは、タービン１１５に動力を与え、そして、タービン１１５は、そのガスの熱エネルギーを回転機械エネルギーに転換する。タービン１１５の回転機械エネルギーは、コンプレッサ１１４及び／又は発電装置１１９を駆動させる。タービン１１５は、そのガスをタービン１１５のアウトレットから熱交換装置１２２に伝える。そのガスは、熱エネルギーを熱交換装置１２２に供給する。そのガスは、また、蒸発室１１８にも伝えられてもよいし、そして熱エネルギーを蒸発室１１８に供給してもよい。そのガスは、例えば、排気筒を通過してシステムから出る。
【０１４４】
酸化システムは、廃水、廃液、そして、任意の濃度の燃料もしくは汚染物質を伴う廃棄混合物を処理することにより汚染制御装置として動作することが可能である。システムは、また、自立反応を提供するのに適さない濃度である、廃ガスおよび廃棄される混合物を、反応を維持するよう追加の液体燃料もしくはガス燃料を供給することにより、処理することができる。さらに、そのシステムは、高効率性、増加されたパワー、そして、改善された環境に安全な副産物という利益を提供しながら、ガス及び／又は液体の廃棄物分解を提供することができる。
【０１４５】
図５は、水と混合される燃料を利用することができるガスタービンシステム２００の他の例を示す。これらの実施形態は、段階的酸化過程を通じて反応室１０１内で酸化されることができる、ガス化装置からの汚染物質を含む。システム２００の例において、液体混合物１０２は、熱せられた気流の中に導管１２８内で導入される。液体混合物１０２は、加圧装置１０８によって、タンク１０４から、そして、加圧装置１０８から導管１３４を通して伝えられる。図５における液体混合物１０２は、導管１３４から導管１２８内へ伝えられ、そこで液体混合物１０２は、熱せられた空気と混合される。導管１２８内で熱せられた空気からの熱エネルギーは、ガス混合物を形成するよう液体混合物１０２を蒸発させる。このように、例示のシステム２００は、分割された蒸発室を必要としない。空気中の熱エネルギーは、反応室１０１に入る前に、液体混合物１０２を蒸発させるのに十分であってもよい。システム２００の他の態様は、図４における一例のシステム１００に関して記載されているのと実質的に同様に動作する。
【０１４６】
図５において、液体混合物１０２は、熱交換装置１２２の下流にある気流に入ることが示されている。液体混合物１０２は、空気中の熱エネルギーが混合物を蒸発するのに十分であることが提供されるとき、追加的にもしくは代替的に、熱交換装置１２２の上流に導入されてもよい。この手法は、システムの効率性を減少させてもよいので、この手法は、より弱い燃料／水混合物でさえ考慮にいれてもよい。さらに、熱交換装置１２２のアウトレットでの排熱は、他の適用例に対して利用可能である。
【０１４７】
図６は、液体を処理することができるガスタービンシステム３００の例を示している。システム３００は、燃料源１３６と液体源１３１とを含む。いくつかの実施形態において、液体源１３１は、ガス化装置から液体（例えば、水）とともに供給されることができる。このような実施形態において、液体は、反応室１０１内での段階的酸化過程の間、酸化されることができる汚染物質を含んでもよい。流体タンク１０４内の液体混合物１３８は、液体源１３１からの液体を含む。いくつかの実施態様において、システム３００は、液体燃料とガス状の燃料の組み合わせによって動力が与えられる。例えば、ガス状の燃料は、燃料源１３６によって供給されてもよいし、そして、液体燃料は、液体源１３１によって供給されてもよい。いくつかの実施態様において、システム３００は、液体源１３１からの液体燃料だけ、もしくは主としてその液体燃料により、動力が与えられ、そして、燃料源は、ほとんど、もしくは、まったく追加燃料を供給しない。いくつかの実施態様において、システム３００は、燃料源１３６からのガス状の燃料だけ、もしくは、主としてそのガス状燃料により、動力をあたえられ、そして、液体源１３１は、ほとんど、もしくは、まったく追加燃料を供給しない。
【０１４８】
例示の燃料源１３６は、システム３００に燃料を供給し、それは、いくつかの例においては、反応室１０１内で酸化過程を維持するために、及び／又は反応室１０１を加熱するためである。例示のシステム３００は、初期はガス状である燃料を利用することができる、及び／又は、システム３００は、ガスもしくは蒸気に転換可能である、液体燃料もしくは固形燃料を利用することができる。
【０１４９】
燃料源１３６は、一種類の燃料及び／又は複数の異なる種類の燃料を供給してもよい、それらの一つ、もしくはすべては、反応室１０１内で酸化されてもよい。燃料源１３６は、炭化水素燃料及び／又は異なる種類の燃料を供給してもよい。燃料源１３６は、弱い燃料を供給してもよい。弱い燃料は、ＢＴＵが低いガス（すなわち、１単位質量あたりのエネルギーが低い）及び／又は低い発熱量を有する燃料を含んでもよい。弱い燃料は、火気及び／又は他の燃焼反応を維持できる濃度より低い濃度の燃料を含有するガスを含んでもよい。例えば、燃料は、結果として生じた燃料に対する爆発下限界濃度（ＬＥＬ）より低い燃料濃度である空気と混合されてもよい。
【０１５０】
いくつかの例において、そのような弱い燃料を火花もしくは火炎に対し、さらに空気が存在する状態で、導入することが、混合物内の燃料の酸化をせずに火花もしくは火炎を消してもよい。しかし、弱い燃料がその自動点火温度より高い温度に上げられたとき、燃料は、火花もしくは火炎の導入をせずに空気の存在下で酸化されてもよい。弱い燃料の具体例は、少量のメタン、エタン、一酸化炭素、および他の種類の燃料を含有し、大部分が二酸化炭素もしくは窒素であるガスを含んでいる。そのようなガスは、非生産的な天然ガス井と言われるものから通常放出される。燃料源１３６は、弱い燃料以外の燃料を供給してもよいし、もしくは弱い燃料に追加して燃料を供給してもよい。例えば、いくつかの実施態様において、弱い燃料に追加的に、若しくは弱い燃料に変えて、燃料源１３６は、プロパン、ブタン、灯油、ガソリン、及び／又は他の種類の燃料を供給してもよい。いくつかの場合において、燃料源１３６は、水素燃料を供給してもよい。
【０１５１】
燃料源１３６は、埋め立て地から発出しているガスを含んでもよい、そのガスは、メタン燃料を低いパーセンテージ（例えば、３％もしくはそれより低い）だけ含有している。そのような、低濃度のメタンを有しているガスは、爆発限界より低い濃度でもよい。燃料の爆発下限界濃度（ＬＥＬ）は、点火装置の存在下で発火を起こすことができる、空気中での燃料の最も低い濃度を言及してもよい。ＬＥＬより低い濃度は、概して燃焼に対して非常に弱い。異なる種類の燃料は、異なるＬＥＬ値を有していて、該して、おおよそ１容量パーセントから５容量パーセントの範囲内であるが、いくつかの燃料は、これらのおおよその範囲外側のＬＥＬを有している。いくつかのＬＥＬ値の具体例は、（およそ、量的基準で）エタンにおいては３パーセント、水素においては４パーセント、メタンにおいては５パーセント、そして、プロパンにおいては２パーセントである。
【０１５２】
燃料源からの燃料は、天然の（例えば、人類学に関係しない）燃料源もしくは、人工の（例えば、人類学的な）燃料源でありうる。例えば、燃料源１３６は、うしのおくび、沼地、米農園からのメタン、及び／又は発酵によるメタン、又は他の生物学的もしくは化学的過程から生成されたメタンを供給してもよい。燃料源の他の例は、システム３００もしくは他のシステムにおいて、肥料、都市廃棄物、湿地（湿原）、湖からのガスのしみ出し、そして、掘削や再生利用のオペレーションを含んでもよい。いくつかの実施態様において、燃料源１３６は、水と混合された燃料を含み、そして、燃料源１３６からの燃料は、水蒸気を含む。いくつかの実施態様において、燃料源１３６は、ガス燃料だけをシステム３００に伝える。１つもしくは複数の追加燃料源は、また、システム３００によって利用されてもよい。例えば、ガス燃料は、燃料源１３６によってシステムに供給されることができ、そして、液体燃料は、液体源１３１によって供給されることができる。
【０１５３】
固形燃料が供給される例において、転換過程は、固形燃料をガス燃料に転換するよう用いられることができ、それから、そのガス燃料は、燃料のガスを燃料源１３６を介して注入することによって、システム３００によって用いられることができる。転換過程は、上記説明のようにガス化装置を含むことができる。液体燃料が供給される例において、液体燃料は、液体源１３１によって液体タンク１０４に添加されることができ、その液体源は、液体混合物１３８とともにシステム内に引き入れられる。さらに、システム３００は、個体、液体もしくはガス状態の燃料を収容するよう適用されることができる。
【０１５４】
液体源１３１は、流体タンク１０４内に液体混合物１３８の全てもしくは一部を供給する。液体源１３１によって供給された液体混合物１３８は、本明細書記載の他の実施形態に関して記載されている液体燃料１０２を含んでもよいし、もしくは、これと同一でもよい。液体源１３１は、液状水、液体燃料、及び／又はシステム３００によって処理される他の液体の複数の異なる源を含んでもよい。いくつかの実施形態において、液体混合物１０２は、ガス化装置内の気流をスクラブすることからの汚染物質を含んでもよい。いくつかの実施態様において、液体源１３１は、液状水だけ、液体の燃料だけ、もしくはそれら２つのある組み合わせを供給してもよい。
【０１５５】
流体源のいくつかの例は、ワイン醸造設備、エタノール製造設備、埋め立て地、アルコール製造設備、炭鉱、製油所、製鉄工場、化学プラント、油田、沼地、下水処理設備、及び／又は他の液体燃料及び／又は液状水の源を含む。例えば、ワイン醸造、エタノール製造および醸造における流動物は、システム３００で処理されることができる、水を含有する規格外の生成物を有してもよい。エタノールは、数百の方法で作られ、例えば、大きな蒸留器、そして小さな蒸留器等で作られ、それらのうちのいかなるものが液体源１３１として用いられてもよい。バイオ燃料の分野が拡大するにつれ、ますます多くの供給原料がエタノールを作るのに用いられる。原材料、藻類、葛や木のようなものがエタノール製造のために用いられる場合において、システム３００は、リグニン、繊維そして周辺の流動物を分解してもよい。
【０１５６】
液体混合物１３８は、４０プルーフ、１００プルーフ、及び／又は他の濃度のような、多くの異なる濃度のアルコールを含んでもよい。このように、システム３００は、例えば、醸造所に、バイオリファイナリーに、もしくは、そこで中間生成物を使い尽くすエタノールプラントに配置されることができる。システム３００は、また、離れた場所にもあることができ、配送若しくは配給によって中間生成物を受け入れることができる。これらの例に加えて、液体混合物１３８は、異なった方法で受けいられ、及び／又は生成される。
【０１５７】
システム３００は、燃料源１３６からの燃料に基づいて動作してもよく、システム３００は、液体源１３１からの燃料に基づいて動作してもよく、及び／又は、システム３００は、燃料源１３６と液体源１３１との同時に受けた両方からの燃料に基づいて動作しても、及び／又は異なるときに受けた両方からの燃料に基づいて動作してもよい。例えば、システム３００は、初期は、炭鉱で液体源１３１からの灯油もしくはエタノールで動くことができ、その炭鉱では、メタンを取出し、そして、排出するよう井戸を掘るのにパワーが必要とされる。メタンが炭鉱から収集されるので、メタンは、燃料源１３６として役立つことができ、そして、排出されたメタンだけがシステム３００に燃料として供給されるまで灯油もしくはエタノールに取って換わることができる。
【０１５８】
いったん排出されたメタンが十分に使い果たされると、システム３００は、クリーンパワーを提供し、そして、温室効果ガスを分解しながら、炭鉱の排出口のメタンで動くことができる。製鋼工場では、クリーンパワーは、液体源１３１から灯油やエタノールで動いているシステム３００によって供給されることができる。溶鉱炉ガスが利用できるようになるときに、システム３００は、燃料源１３６からの溶鉱炉ガスで動作することができる。製油所もしくは化学プラントでは、熱酸化装置内で燃焼されることの代わりとして、ＶＯＣを含む廃ガスは、システム３００に燃料を供給することができる。ナフサのような規格外の中間生成物は、追加燃料として用いられることができ、そして、例えば、収集されてトラックによって処理場へ輸送されること等に代わって、クリーンパワーを製造することができる。メタン含有量が少ない埋め立て地からのガスは、クリーンパワーを製造するよう、埋め立て地の近くにある石油及びガス操業からのガスと組み合わせることができる。これらの例に加えて、システム３００は、異なる方法で液体燃料及びガス状の燃料に基づいて動作できる。
【０１５９】
液体混合物１３８が液体燃料を含むときは、システム３００は、実質的に図４のシステム１００として動作してもよい。例えば、蒸発室１１８は、液体混合物１３８を蒸発してもよい、そして、結果物としてのガス混合物は、空気と組み合わされてもよいし、反応室１０１内へ伝えられてもよい。蒸発室１１８からの蒸発した燃料は、燃料源１３６からの燃料なしにシステム３００に動力を与えてもよい。いくつかの場合において、熱交換装置１２２からの気流は、燃料源１３６からの燃料を含む。そのように、燃料源１３６からの燃料と蒸発室１１８からの蒸発した燃料とは、組み合わされてもよいし、そして、反応室１０１内で両方が同時に酸化されてもよい。
【０１６０】
いくつかの実施態様において、液体混合物１３８は、相当量の液体燃料を含まず、そしてシステム３００は、完全にもしくは実質的に完全に燃料源１３６からの燃料で動作する。例えば、液体混合物１３８は、反応室１０１内でそれらが処理されるときに、液体燃料及び／又は相当量の熱エネルギーを解放しない他の物質を含んでもよい。そのような場合において、燃料源１３６からの燃料を酸化することによって、反応室１０１内で解放された熱は、液体混合物１３８内の汚染物質、中間生成物及び／又は他の物質を分解してもよい。一例のように、埋め立て地からの液状水は、有毒物質及び／又は反応室１０１内で分解されることができる、他の種類の汚染物質を含有していてもよい。そのように、液体源１３１は、埋め立て地流体（landfill fluids）を生成する埋め立て地の井戸（landfill well）でもよい。埋め立て地流体は、燃料源１３６へ供給されるメタンを含んでいてもよく、そして、埋め立て地流体は、凝縮されて、流動タンク１０４に供給される水を含んでもよい。
【０１６１】
例示のシステム３００において、液体混合物１３８は、図４のシステム１００におけるのと同様、熱交換装置１２２からの熱を用いて蒸発室１１８内で蒸発される。液体混合物１３８は、あるいは、異なる方法で、もしくは追加的方法で蒸発させられてもよい。例えば、液体混合物１３８は、図５のシステム２００におけるのと同様、その混合物を熱い気流の中に注入することによって蒸発させられてもよく、いくつかの実施態様において、液体混合物１３８は、反応室１０１内で蒸発させられてもよい。
【０１６２】
いくつかの実施形態において、燃焼ガスは、システム３００の性能、もしくは、動作を調整するよう、燃料源１３６を介して添加されることができる。例えば、燃料含有量が少ない混合物が自立分解に十分な燃料を含有していない、もしくは、酸化過程が液体混合物１３８中の燃料含有量だけに基づいて維持することができない実施形態において、燃焼ガスは、自立酸化過程のための十分な燃料を提供するよう、燃料源１３６を通過させて空気源１１０で空気に添加されることができる。燃料源１３６を通過させて添加されることができる燃焼ガスは、限定することなく、例えば、水素、メタン、エタン、エチレン、天然ガス、プロパン、プロピレン、プロパジエン、ｎブタン、イソブタン、ブチレン−１、ブタジエン、イソペンタン、ｎペンタン、アセチレン、ヘキサン、そして一酸化炭素を含む。
【０１６３】
燃料源１３６によって添加された燃焼ガスの量は、液体燃料１３８の中で検知される燃料の量に基づいて調整できる。もし仮に、液体燃料１３８の燃料含有量が変化して、それにより、燃料の好ましくない凝縮が液体混合物１３８中であっても、それに応じて、燃料源１３６で添加された燃焼ガスの量は、増加させることも減少させることもできる。いくつかの実施形態において、燃料源１３６で添加された燃焼ガスの量は、システム３００によって受け入れられた液体混合物１３８中の燃料含有量に基づく。いくつかの実施形態において、燃料源１３６で添加された燃焼ガスの量は、液体混合物１３８中の燃料含有量と反応室１０１内での温度とに基づく。いくつかの実施形態において、燃料源１３６に添加される燃焼ガスの量は、液体混合物１３８中の燃料含有量と、反応室１０１内での温度変化もしくは温度変化の割合との組み合わせに基づく。
【０１６４】
燃料混合物１３８中の燃料含有量は、液体タンク１０４内、圧縮装置１０８と蒸発室１１８の間、もしくは、蒸発室１１８と反応室１１０の間で検知できる。液体混合物１３８中のいくらかの燃料は、いくつかの例において、液体混合物１３８が蒸発室１１８によって熱せられるときに、酸化してもよいし、いくつかの実施形態は、液体混合物１３８の燃料含有量が蒸発室１１８と反応室１０１との間で検知されることを提供する。そのような実施形態において、燃料源１３６で添加された燃焼ガスの量は、蒸発室１１８と反応室１０１との間で検知された液体混合物１３８の燃料含有量に基づく。
【０１６５】
いくつかの例において、液体混合物１３８は、燃料として考慮されなくてもよい追加の構成要素を含有していてもよい。例えば、液体混合物は、いくつかの実施形態において、汚染物質と水とを含んで構成されてもよい。汚染水は、いくつかの他の過程の、中間生成物になることができ、そして、汚染水は、汚染水もしくは廃水を酸化するよう、システム３００に案内されることができる。例えば、汚染水は、ガス化装置の一部である洗浄装置から生じうり、上述のように、それは、液体源１３１になってもよい。ガス化過程において、用いられるガス燃料を配給する前に、水は、結果として生じたガス燃料を浄化して汚染物質を取り除くために用いられる。それから、汚染水は、例えば、汚染水を液体タンク１０４中に置くことなどによって、システム３００に案内される。その後、汚染水は、液体混合物１３８に関する、上記同様の方法でシステム３００内へと引き入れられ、そして、汚染物質が反応室１０１内で酸化されている間に、その水は蒸発される。この方法において、システム３００は汚染された、有毒な、もしくは廃棄される水を処理し、浄化する手段として動作することができる。システム３００は、たとえあるとしても最小量の有害なガス中間生成物を生成している間、汚染水を洗浄する汚染制御装置として動作することができる。
【０１６６】
液体燃料１３８の燃料含有量が非常に少ないもの、燃料含有量が少ないものと汚染水との組み合わせ、もしくは汚染水だけを含む実施形態において、追加ガス燃料は、上記説明のように、燃料源１３６によってシステム３００内に導入されることができる。いくつかの実施形態において、そのガス燃料は、実質上、反応室１０１内での酸化過程を維持する最適の燃料である。いくつかの実施形態は、そのガス燃料がガス化装置により生成されたガス燃料の少なくとも一部であり、そして、ガス化装置の洗浄装置からの水が液体源１３１によってシステム３００へ導入されることを提供する。
【０１６７】
いくつかの例において、システム３００に供給された汚染水は、反応室１０１内での酸化の前に液体燃料に追加されることができる。例えば、もし仮に、ガス化装置からの汚染水が液体タンク１０４内へ置かれたときに、液体燃料は、液体混合物１３８の燃料含有量を増加させるよう、液体タンク１０４に添加されることができる。この過程は、燃料源１３６による気合燃料の導入に追加してもしくは変わって実行されうる。
【０１６８】
図５のシステム２００は、液体源１３１からの液体及び／又は燃料源１３６からの燃料を受け入れるよう適合されてもよい。システム１００，２００，３００のいずれかにおいて、液体混合物は、反応室内でガスに転換させられてもよい、及び／又は、混合物を反応室内に伝える前に転換させられてもよい。反応室の前で液体混合物がガスに転換される場合において、ガス状の混合物は、反応室内で空気、燃料及び／又は他のガスと組み合わせられてもよいし、及び／又は空気、燃料、または他のガスを反応室内へ伝える前に組み合わせられてもよい。例えば、様々なシステム構成物の間等の、システム１００，２００，３００を通じた流体連結は、センサーによって、及び又はモニタリング装置によって計測されてもよいし、制御弁及び異なる種類のフローコントロール装置によって制御されても、及び／又は、調整されてもよい、及び／又は、導管、管、蒸気口、空間、及び／又は他の種類の構造体によって収容されてもよい。そのように、システム１００，２００，３００は、図の中に特に示されていない追加の装置、構造物、およびサブシステムを含んでもよい。
【０１６９】
図７Ａ及び７Ｂは、例示の酸化反応システムにおける流体の流れを示す概略図である。図７Ａ及び７Ｂにおいて、水、燃料及び空気の流れは、概略的に示されている。それらの図において、流体は分けて示されているが、様々な実施態様において、一つもしくは複数の適切な場所で流体は混合されてもよい。例えば、図７Ａに示されている液状水及び液体燃料は、図１Ａ−２Ｂの液体混合物１０２の構成要素であってもよい。他の例のように、図７Ｂにおいて示された燃料及び空気は、図６のコンプレッサ１１４内で受け入れられた空気／燃料混合物であってもよい。
【０１７０】
流体は、反応室４１０に入り込み、そして、出ていくことが図７Ａおよび７Ｂに示されている。流体のそれぞれは、他の示された流体から分かれて反応室４１０内へ伝えられてもよく、及び／又は、示された流体の一つもしくは複数は、他の流体とともに反応室４１０内へ伝えられてもよい。例えば、いくつかの実施態様において、空気及び燃料／水混合物は、分かれて反応室４１０内へ導入される（すなわち、第一インレットを通過する空気と及び、第２インレットを通過する燃料／水混合物とに）、そして、いくつかの実施態様において、空気及び燃料／水混合物は、燃料が反応室４１０に入り込む前に空気／燃料／水混合物を形成するよう混合される（すなわち、空気／燃料／水混合物は、共通のインレットを通過して加圧された反応室内へ導入されてもよい）。
【０１７１】
いくつかの実施形態において、空気は、システムによって燃料と水の混合物と混合される。いくつかの実施形態において、燃料及び水の混合物は、蒸発したガスである。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、水混合物と混合される。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、蒸気と混合される。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、燃料及び水の混合物と混合される。いくつかの実施形態において、燃料及び水の混合物は、蒸発したガスである。
【０１７２】
図７Ａ及び図７Ｂにおける破線は、反応室４１０の外部で流体の温度を上昇させるのに用いられる、反応室からの熱エネルギーの概略的な表示である。いくつかの実施態様において、流体はｍ反応室４１０からの熱なしに反応室４１０の外部で加熱され、そして、図に示された一又は複数の熱伝達が省略されてもよい。いくつかの実施態様において、追加の、及び／又は異なる流体が反応室４１０からの熱によって、反応室４１０の外部で加熱される、そして、追加の、及び／又は異なる熱伝達が利用される。
【０１７３】
図７Ａ及び図７Ｂの両方は、燃料が反応室４１０内で空気で酸化されることを示す。燃料は、例えば、反応室内の燃料の最高温度を限界温度より低く維持することなどによって、燃料の温度を限界温度より高く上昇させることなく空気で酸化されてもよい。限界温度は、推奨された又は最高限度のタービンの操作温度、推奨された又は最高限度のタービンに対するインレット温度、窒素酸化物の形成を生じる温度、反応室４１０を通る燃料の流量に基づき選択された温度、及び／又は他の要素などになりうる。いくつかの実施において、燃料は、窒素酸化物の形成を生じる温度より低い温度で反応室４１０内で酸化される。反応室４１０は、本明細書に記載された他の実施形態に示された反応室１０１になりうる。反応室４１０は、異なる種類の酸化反応室であってもよい。反応室４１０は、加圧されてもよいし、加圧されなくてもよい。
【０１７４】
示された例において、反応室４１０内での燃料の酸化から放出された熱エネルギーは、機械的エネルギーに転換される。そのようにして、ガスタービン、蒸気タービン、及び／又は、熱エネルギーを機械的エネルギーに転換する他のシステムは、反応室４１０と連結されて用いられてもよい。機械的エネルギーは、例えば、発電装置等によって、電気的エネルギーに転換されてもよい。いくつかの例において、反応室４１０内での燃料の酸化から放出されたエネルギーは、追加の、もしくは異なる方法で用いられる。
【０１７５】
図７Ａに示された、一例の酸化反応室４００において、液状水４０１と液体燃料４０２は、ガス状の水４０３及びガス状の燃料４０４に転換される。燃料は、アルコール、灯油、ガソリン、及び／又は他の種類の燃料を含んでいてもよい。ガス状の水４０３は、燃料蒸気及び／又はガス状態が他の種類である燃料を含んでもよい。ガス状の水４０３は、水蒸気及び／又はガス状態が他の種類である水を含んでもよい。ガス状の水４０３、ガス状の燃料４０４及び空気４０５は、反応室４１０内に伝えられる。燃料４０４、空気４０５、及び、水４０３が反応室４１０内にある間に、燃料４０４は、反応室４１０内で空気４０５で酸化される。
【０１７６】
汚染物質、有毒物質、及び／又は水４０３と混合された他の物質は、反応室４１０内で分解されても、酸化されても、及び／又は他の変化を起こされてもよい。有毒物質を含んでいてもよい汚染物質は、環境及び／又は生物に対して有害になりうる物質を含んでいる。燃料４０４及び空気４０５の酸化反応は、酸化生成物４０６を生成し、その酸化生成物４０６は、水４０３で反応室４１０の外へ伝えられる。水４０３の熱エネルギーと酸化生成物４０６は、機械的エネルギーに転換される。
【０１７７】
図７Ｂに示された、一例の酸化反応システム４５０において、液状水４３１は、反応室４１０内へ伝えられ、及び／又は、液状水４３１は、反応室の外部でガス状の水４３６に転換される。液状水４３１が反応室４１０内へ伝えられる実施態様において、液状水４３１は、反応室４１０内でガス状の水４３４に転換される。
【０１７８】
反応室４１０の外部で液状水４３１がガス状の水４３６に転換される実施態様において、ガス状の水４３６は、反応室４１０内へ伝えられる。燃料４３２と空気４３３は、反応室４１０内に伝えられる。燃料４３２、空気４３３、並びに、水４３４、及び／又は、水４３６が反応室内にある間、燃料４３２は、反応室４１０内で空気４３３で酸化される。燃料４３２と空気４３３の酸化反応は、酸化生成物４３５を生成し、その酸化生成物４３５は、水４３４及び／又は水４３６で、反応室４１０の外に伝えられる。水４３４及び／又は水４３６、並びに、酸化生成物４３５の熱エネルギーは、機械的エネルギーに転換される。
【０１７９】
例示のシステム４００，４５０の両方において、液体からガスへの転換は、反応室４１０内での燃料の酸化からの熱を利用する蒸発過程を含んでもよい。液体からガスへの転換は、蒸発、蒸気化、煮沸、及び／又は他の種類の過程を含んでもよい。汚染物質、有毒物質、及び／又は水４０３，４３４及び／又は４３６と混合された他の物質は、例示のシステム４００，４５０の両方において反応室４１０内で分解され、酸化され、及び／又は、他の変化を起こされてもよい。水４０３，４３４及び／又は４３６の質量は、例示のシステム４００，４５０の機械的エネルギーの出力を増加させてもよい。
【０１８０】
図７Ｃ及び７Ｄは、図７Ａ及び７Ｂに示されるのと同様の形式で描かれた概略図である。図７Ｃおよび７Ｄは、ガス化装置（図７Ｃ）に関係する、そして、必ずしもガス化装置（図７Ｄ）に関係しない、一例の酸化反応システムにおける流体流を示す。図７Ｃ及び７Ｄにおいて、水、燃料、及び空気の流れは、概略的に示されている。それらの図において、流体は分けて示されているが、様々な実施態様において、一つもしくは複数の適切な場所で流体は混合されてもよい。例えば、図７Ｃにおける反応室内とガス化装置の間のガス燃料及び空気は、分けて示されていて、そして、二つは、ガス混合物の構成要素であってもよい。
【０１８１】
図７Ｃにおいて、ガス化装置は、固形燃料を受け入れ、そして、固形燃料をガス燃料に転換する。液状水は、ガス燃料をスクラブするよう供給され、そして、スクラブされたガスは、ガス化装置を離れ、直接的に反応室内へ置かれることができ、もしくは、それに代わって、システムの外部での利用のために方向を変更されることができる。ガス燃料をスクラブするよう用いられた汚染された液状水は、また、反応室に入るよう方向づけられる。図は、システムへ向けられた方向から方向変更されたガス燃料を示すが、これは、任意のステップであり、そして、いくつかの実施形態において、ガス化装置によって生成されたガス燃料のすべてが、反応室によって利用される。いくつかの実施形態において、記載されているように、ガス化装置によって生成されたガス燃料の一部分だけが反応室によって利用される。
【０１８２】
液状水は、反応室内で熱せられ、ガス状の水となり、そして、いくつかの実施態様において、最初から熱せられたガス状の水は、熱エネルギーから機械的エネルギーへの転換に対する準備の中で、さらに熱せられる。反応室によって受け入れられた汚染された液状水は、ガス状の水と液状水中に含有された汚染物質とに転換される。汚染物質は、反応室に供給され、酸化生成物を生成する任意の燃料で酸化され、それから、その酸化生成物は、熱エネルギーを機械的エネルギーに転換するよう、ガス状の水とともに用いられる。
【０１８３】
流体は、反応室に入り込み、そして、出ていくことが図７Ｃにおいて示されている。その流体は、示された他の流体から分かれて反応室内へ伝えられてもよいし、及び／又は、示された、一つもしくは複数の流体は、他の流体とともに反応室内へ伝えられてもよい。例えば、いくつかの実施態様において、空気と燃料／水混合物は、分かれて反応室内へ導入され（すなわち、第１インレットを通る空気と、第２インレットを通る燃料／水混合物）、そして、いくつかの実施態様において、空気と燃料／伊豆混合物は、燃料が反応室に入り込む前に、空気／燃料／水混合物を形成するよう混合される（すなわち、空気／燃料／水混合物は、共通のインレットを通過して加圧された反応室内に導入されてもよい）。
【０１８４】
いくつかの実施形態において、空気は、システムによって燃料及び水の混合物と混合される。いくつかの実施形態において、燃料及び水の混合物は、蒸発したガスである。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、水混合物と混合される。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、蒸気と混合される。いくつかの実施形態において、空気／燃料混合物は、燃料及び水の混合物と混合される。いくつかの実施形態において、燃料及び水の混合物は、蒸発したガスである。
【０１８５】
図７Ｃと７Ｄにおける破線は、反応室の外部で流体の温度を上昇させるために用いられる、反応室からの熱エネルギーの概略的な表示である。これは、例えば、図４における熱交換装置１２２もしくは蒸発室１１８等によって達成されうる。いくつかの実施態様において、流体は、反応室の外部で反応室からの熱なしに熱せられ、そして、図に示された一又は複数の熱伝達は、省略されてもよい。いくつかの実施態様において、追加の及び／又は異なった流体は、反応室の外部で反応室からの熱によって熱せられ、そして、追加の及び／又は異なった熱伝達が利用される。液体からガスへの転換は、反応室内での燃料の酸化からの熱を利用する蒸発過程を含んでもよい。液体からガスへの転換は、蒸発、蒸気化、煮沸、及び／又は他の種類の過程を含んでもよい。
【０１８６】
図７Ｃ及び７Ｄは、燃料が反応室内で空気で酸化されることを示す。燃料は、例えば、反応室内の燃料の最高温度を限界温度より低く維持することなどによって、燃料の温度を限界温度より高く上昇させることなく空気で酸化されてもよい。限界温度は、推奨された又は最高限度のタービンの操作温度、推奨された又は最高限度のタービンに対するインレット温度、窒素酸化物の形成を生じる温度、反応室を通る燃料の流量に基づき選択された温度、及び／又は他の要素などになりうる。いくつかの実施態様において、燃料は、窒素酸化物の形成を生じる温度より低い温度で反応室内で酸化される。システムの他の部分と同様に図７Ｃ及び７Ｄの反応室は、本明細書に記載された他の実施形態に示された反応室であることができる。反応室は、異なる種類の酸化反応室であってもよい。反応室は加圧されてもよいし、加圧されなくてもよい。
【０１８７】
示された一例の過程において、反応室内での燃料の酸化から放出された熱エネルギーは、機械的エネルギーに転換される。ガスタービン、蒸気タービン及び／又は熱エネルギーを機械的エネルギーに転換する他の種類のシステムは、反応室に連結されて用いられてもよい。機械的エネルギーは、例えば、発電装置等によって、電気的エネルギーに転換されてもよい。いくつかの例において、反応室内での燃料の酸化から放たれたエネルギーは、追加の又は異なる方法で用いられる。
【０１８８】
図７Ｃと７Ｄの例において、燃料は、反応室へ供給される。その燃料は、ガス化装置からのガス燃料と組み合わされたガス燃料でありうる。その燃料は、反応室に供給される液体燃料だけ、もしくは、液状水と組み合わされた状態の液体燃料でもありうる。いくつかの実施形態において、ガス化装置からのガス燃料及び／又は汚染された液状水に加えて、システムに補足的に追加されたガス燃料もしくは液体燃料の量は、（ｉ）ガス化装置からのガス燃料、（ｉｉ）液状水中の汚染物質、もしくは、（ｉｉｉ）ガス化装置からのガス燃料と液状水中の汚染物質との組み合わせによって反応室に供給されている燃料の含有量の決定に基づく。
【０１８９】
図７Ｃに示された酸化反応システムにおいて、液状水、液体燃料、及び汚染水は、ガス状の水、ガス状の燃料及び汚染物質に転換される。燃料は、アルコール、灯油、ガソリン、及び／又は他の種類の燃料を含んでいてもよい。ガス状の燃料は、燃料蒸気及び／又はガス状態が他の種類である燃料を含んでもよい。ガス状の水は、水蒸気及び／又はガス状態が他の種類である水を含んでもよい。空気、ガス状の水、ガス状の燃料及び汚染物質は、反応室内へ伝えられ、もしくは反応室内でガス状態へ転換される。燃料及び汚染物質は、それらが反応室内にある間、空気で酸化される。
【０１９０】
説明されているように、汚染物質、有毒物質、及び／又は水と混合された他の物質は、反応室内で、分解されても、酸化されても、及び／又は他の変化を起こされてもよい。有毒物質を含んでいてもよい汚染物質は、環境及び／又は生物に対して有害になりうる物質を含んでいる。燃料、空気及び汚染物質の酸化反応は、酸化生成物のガスを生成し、それは、水で反応室の外へ伝えられる。水及び酸化生成物の熱エネルギーは、機械的エネルギーに転換される。
【０１９１】
図７Ｃおよび図７Ｄに示された、一例の酸化反応システムにおいて、液状水は、反応室内へ伝えられ、及び／又は、反応室の外部で液状水は、ガス状の水に転換される。液状水が反応室内へ伝えられる実施態様において、液状水は、反応室内でガス状の水に転換される。いくつかの実施形態において、液状水は、反応室内でガス状の水だけに転換され、そして、いくつかの実施形態において、液状水は、反応室の外部でガス状の水だけに転換される。いくつかの実施形態において、液状水のいくらかは、反応室の外部でガス状の水に転換され、そして、液状水のいくらかは、反応室の内側でガス状の水に転換される。反応室の外部で液状水がガス状の水に転換される実施態様において、ガス状の水は、ガス状の水をさらに熱するよう、反応室内へ入るよう方向を変更される。
【０１９２】
図７Ｄは、図７Ｃに示されたものと同様の過程を示す。しかし、図７Ｄの過程において、汚染された液体は、ガス化装置の洗浄装置から必ずしも生じない。図７Ｄは、反応室の酸化過程がシステムへ供給される、以前は汚染されていた水を処理して実質的に無害にするよう利用されることができること、を示す。いくつかの実施形態において、汚染水は、処理されるという単一の目的のためにシステムに供給され、そして、反応室は、水中で汚染物質を酸化すること、及び、結果として生じた酸化生成物及びガス状の水を、熱エネルギーから機械的エネルギーの転換のために供給することができる。
【０１９３】
図７Ａ−７Ｄは、液体及び結果として生じたガスを液状水とガス状の水として記載しているが、液体は、水以外の液体でありえ、もしくは液状水は、水以外の液体を含んで構成されることができる。
【０１９４】
ガスタービン内で燃料されたガスへの水もしくは蒸気の注入は、タービンの出力を増加させることができる。しかし、そのような注入の結果として生じた温度低下を補うために、燃焼させる燃料の量を増加させることが必要であり、それは、より高温にして、有害なＮＯｘガスの形成を増加させるという結果を生じる。いくつかの実施形態において、上述のように、本明細書に記載された段階的酸化システムは、システム内へ水を供給することによってシステムの出力を増加させつつも、ＮＯｘの形成を増加させることなく、燃料の酸化を提供することができる。
【０１９５】
本明細書に記載された実施形態に関して説明されているように、システムの燃料は、空気／燃料混合物が反応室内の流路に沿って流れているときに酸化される。その燃料は、好ましくは、燃料の実質的に全てを分解する無火炎段階的酸化過程によって酸化される。その燃料は、好ましくは、窒素酸化物のような有害な化合物の形成及び／又は排出を減少させるか、防止するよう十分に低い温度で酸化され、そして、好ましくは、燃料と前記反応室内に導入される他の汚染物質を酸化させるよう十分に高い温度で酸化される。
【０１９６】
空気／燃料混合物は、反応室を通って流れ、そして、反応室の内部から熱を吸収する。その反応室は、その室内にフィルマテリアル（fill material）を任意に含有していてもよい。結果として、混合物が反応室を通って流れていくとき、空気／燃料混合物の温度は、段階的に上昇する。空気／燃料混合物の温度が燃料の自動点火温度に達する、もしくは上回ったとき、燃料は、発熱酸化反応を受ける。このようにして、酸化反応は、酸化触媒物質もしくは点火源によらずに起こってもよい。いくつかの場合において、触媒物質は、燃料の自動点火温度より実際上低い温度に対し反応室内で供給されてもよいが、しかし、本明細書に記載されたシステムの利点は、空気／燃料混合物の段階的酸化を触媒なしに達成する反応室の運転を含むことである。
【０１９７】
燃料が酸化されたとき、発熱反応は、反応室に、また、可能であればフィルマテリアルに熱を分け与え、そして、熱エネルギーは、反応室内の流路の他領域に伝えられる。反応室を通過して伝えられた熱エネルギーは、入り込んだ燃料の酸化を起こすのを容易にするよう、入り込んだ燃料に分け与えられてもよい。反応室は、操作条件の範囲内（例えば、最大限度の流量及び燃料濃度）で、空気／燃料混合物中の燃料の全て、もしくは、いくらかが実質的な完了まで酸化されることを可能にする、十分な滞留時間及び燃料温度が供給されるよう設計されてもよい。いくつかの場合において、反応室内の空気／燃料混合物の温度は、その空気／燃料混合物の最高温度を所望のタービンインレット温度に、もしくはそれより低い温度に維持するよう制御されることができる。
【０１９８】
上述のように、いくつかの実施形態は、多くの理由（例えば、燃焼の見込みを減少させるため、温度を制御するため、効率性及び／又は出力を増加させるため、など）のうち、一つもしくは複数のために蒸気もしくは水をシステムに添加することが想定されている。蒸気もしくは水の導入に関する、これらのシステムと燃焼システムとの違いは、重要である。例えば、ガスタービン燃焼装置の上流側への蒸気もしくは水の導入は、完全燃焼を妨げることができ、燃焼しなかった炭化水素の放出という結果を生じてもよい。ガスタービン燃焼装置の下流への蒸気の導入は、ガスを冷却する効果を有し、そして、それゆえに、燃焼装置に追加の燃料を要求し、最高限度の火炎温度を上昇させ、そして、有害なＮＯｘ放出の成立を増加させる。燃焼装置の下流への水の導入は、より多量の、燃焼される燃料を要求し、さらに、さらなる多量の有害なＮＯｘの形成によって状況の悪化をさせる。
【０１９９】
本明細書に記載された段階的酸化システムの実施形態は、それらが上述のような起こりうる混乱状況から回復することができる十分な時間が与えられているので、そのような問題を避けることができる。これらの実施形態はいくつかの他の利点も有している。反応室は、燃焼装置より十分に大きい。それは、セラミックのフィルマテリアルで包まれていてもよい。水中にある任意の分解された固体は、フィルマテリアルの上に沈着し、このようにして、使用前の水の浄化に対する必要性を減少もしくは無くしている。いくつかの適用例において、埋め立て地及び水処理施設の蒸発解窯を備えるなどして、多くの汚染水は、現地に集められる。この水は、他の方法では、取り除かれ、そのような汚染水を処理する施設に移さなければならない。システム内部にその水を導入することにより、そしてさらに、反応室内に分解された汚染物質だけではなく、そのような汚染物質内の任意の燃料等価物が汚染物質の酸化を通じて補われる。
【０２００】
図８は、蒸気注入を伴うガスタービンシステム５００における、プロセスフロー図の実施形態を示している。空気は、空気源１１０からシステム内へ引き入れられ、そして、ガス燃料は、燃料源１３６を介して導入される。空気と燃料は、大気圧でともに混合され、そして、混合物は、コンプレッサ１１４内で圧縮される。その圧縮された混合物は、熱交換装置１２２で熱せられ、そこから、それがパイプ１２８を通過して段階的酸化反応室１０１に運ばれる。
【０２０１】
反応室１０１は、酸化熱が生成物のガスの温度を上昇させて混合物中の燃料を酸化するのに十分な温度に維持されている。反応室１０１内の温度は、混合物中のすべての燃料を酸化するのに十分に高く、しかし、有害なＮＯｘガスの形成を生じるだろう温度より低く維持されている。
【０２０２】
反応室１０１からの排気ガスは、排気管１３２と導管１３０を通ってタービン１１５に取り込まれ、そこで、排気ガスは膨張させられ、コンプレッサ１１４を駆動させるのに役立つパワー、及び、発電機を通じての発電等の他の用途のためのパワーを送る。ガスの濃度は、その温度と反比例している。周辺の温度が上昇したときに、入り込む空気及び燃料／空気混合物の濃度は、減少し、そして、それゆえにコンプレッサを通って流れるガスの質量もまた減少する。この、より低いマスフローは、ガスタービンからの出力の減少といった結果を生じ、このため、電気に転換されるエネルギーを減少させる。
【０２０３】
いくつかの地域において、最も高価な電気は、夏の日のピークの間であり、なぜなら、それは、需要が最も高いときであるからであり、そして、それは、従来の発電所の出力が落ちるときでもある。本明細書に記載されたガスタービンシステムは、ガスタービン発電所の発電量を増加させることができ、それにより、もっとも必要とされるときに電力を的確に生成する。このようなことが成し遂げられる一つの方法は、システム内へ水または蒸気を導入することによる。
【０２０４】
水は、資源１５０から、もしくは、液体源１３１を有する液体タンク１０４から利用することができる。その水は、導管１０６を通過させてポンプもしくは加圧装置へ運ばれ、そこで、それは加圧される。それから、その水は、蒸発室１１８に伝えられ、そして、結果として生じる蒸気は、導管１２０を通って導管１２８に伝えられ、その後、それは、反応室１０１に導入される。水の蒸発のための熱は、タービン排気ガスから引き込まれ、それは導管１２６、熱交換装置１２２、導管１２４を通って、蒸発室１１８に伝わる。導管１２８によって反応室１０１へ案内された、その蒸気／空気／燃料混合物は、単なる空気／燃料混合物より高いマスフローを有する。より高いマスフローを伴った状態で、目下、反応室１０１を通りタービン１１５を通って増加したマスフローがあり、結果として電気の製造を増加させる。
【０２０５】
いくつかの実施形態において、システム内へ注入された水もしくは蒸気は、約５０容量％から約８０容量％の、燃料と空気とを含んで構成された燃料混合物を含んで構成される。いくつかの実施対応において、システム内へ注入された水もしくは蒸気は、約４０％から約８５％の燃料混合物を含んで構成され、そして、さらなる実施形態においては、水もしくは蒸気は、約２０％から約９０％の燃料混合物を含んで構成される。
【０２０６】
他の反応は、増加した出力を成し遂げることが容易にできる。導管１２８に入っていく蒸気は、燃料／空気混合物より低い温度であり、そして反応室１０１に入り込むガスの温度は、それゆえに、蒸気の導入なしの場合より低い。それによって、導管１２８内へ導入される蒸気の量に基づく、コンプレッサ１１３に入り込むガスの燃料／空気割合を増加させること、もしくは、他方調整することが有利である。
【０２０７】
いくつかの実施形態において、燃料／空気の割合は、導管１２８内へ導入される蒸気の量に左右される。例えば、運転の間、システムは、導管１２８内へ蒸気を導入せずに初期状態で動作してもよい。この初期状態において、システムは、初期の燃料／空気の割合のもとで動作していてもよい。第２の状態において、蒸気は、導管１２８内へ導入されることができ、そして、所望の燃料／空気の割合は、反応室１０１内での段階的酸化過程を維持するために、導管１２８内へ導入された蒸気の量に基づいて決定されることができ、実施されることができる。反応室内部の燃料の完全な酸化が達成される間、酸化過程の維持は、反応室内部の最高温度を増加させないで達成されることができる。
【０２０８】
増加したマスフローと燃料フローは、タービン１１５に運ばれるエネルギーを増加させることができ、そして、それゆえに、タービンシステムの出力を増加させることができる。コンプレッサ１１４によって消費されたエネルギーは、前記実施形態と同様に大きく残り、そして、その増加したタービン出力は、その発電量を増加させるよう発電装置によって用いられる。
【０２０９】
図９は、改良されたフローパターンの実施形態を示している、そのパターンは、図８に記載された実施形態のように実質的に同様の結果を達成する。図９のガスタービンシステム６００において、蒸気は、導管１２０によって運ばれて、導管１５５によって反応室１０１内に直接取り込まれる。蒸気は、インレット１６０によって反応室１０１内へ導管１５５から導入され、そのインレットは、例えば、ノズルでありうる。一方、導入の場所は、前記実施形態よりさらに下流であるが（すなわち、導管１２８内へ取り込む代わりに反応室１０１内に置かれる）、結果は実質的に同じである。追加燃料の流れは、燃料／空気の割合を増加させることによって提供されることができ、このため、反応室１０１内の追加の熱を解放し、そして、これにより前記実施形態と同様な限界まで温度を上昇させながら、結果として、さらなるエネルギーを電気に転換する。
【０２１０】
反応室１０１からの排気ガスは、排気管１３２および導管１３０を通ってタービン１１５に排出され、そこで排気ガスは膨張させられて、コンプレッサ１１４を駆動させるためのパワーを運ぶ。タービン１１５内で排気ガスを膨張させた後に、それは、コンプレッサ１１４からの燃料／空気の混合物を加熱するために熱交換装置１２２に導入される。それから、排気ガスは、導管１２４を介して、加圧装置１０８からの水を加熱するため及び／又は蒸発させるために、蒸発室１１８に案内される。蒸発室１１８を通過した後に、排気ガスは、アウトレット１１２を通過させてシステムから排出されることができる。
【０２１１】
図１０は、反応室１０１内に直接導入される水を供給するガスタービンシステム７００のさらなる実施形態を示す。この示されたフローパターンで、水の蒸発は、反応室１０１内部で起こる。これは、水を熱するのに必要なエネルギーを収容し、それを反応室１０１内で蒸発させて蒸気状態にするよう、前記実施形態よりもさらに高い燃料／空気の割合を要求する。
【０２１２】
水は、液体源１３１から導管１０６を介して加圧装置１０８に供給される。それから、水は、加圧装置１０８から導管１２０を通過して直接反応室１０１に伝えられる。水は、導管１２０からインレット１６５を通って反応室内へ導入され、そのインレット１６５は、例えばノズルでありうる。反応室１０１からの排気ガスは、排気管１３２及び導管１３０を通ってタービン１１５に排出され、そこで、排気ガスは膨張させられ、コンプレッサ１１４を駆動させるためのパワーを伝える。タービン１１５内で排気ガスを膨張させた後に、それは、コンプレッサ１１４からの燃料／空気の混合物を加熱するために熱交換装置１２２に導入される。それから、排気ガスは、アウトレット１７０を通してシステムから排出されることができる。
【０２１３】
そのシステムにおいて、蒸気を生成するために廃熱を利用することによって、効率性が改善されることができ、そして、蒸気の生成によってより多い熱を補い、システムは、より効率的になりうる。効率性の影響は、以下のように見積もられてもよい。仮に、１００ｋＷｈの熱が燃料で利用可能であれば、およそ３０ｋＷｈの熱が電気に転換される。蒸気の注入なしに、残りの７０ｋＷｈの熱は廃棄され、結果として、例えば、約３０％の効率性となる。しかし、もし仮に蒸気が注入されるならば、一方、廃棄された約３５ｋＷｈの熱がシステムによって、蒸気を生成するよう水に転換されることができる。この蒸気は、直ちに、他のガスと混合されなければならず、そしてさらに、ガスの温度を所望の限界値まで上げるよう熱せられる。このように熱することは、供給されて酸化される追加燃料を要求する。例えば、追加燃料の１０ｋＷｈは、蒸気を適切な温度に熱するのに必要であり、そして仮に、追加の３ｋＷｈが生成されたら、効率性は、蒸気と同様のままである（約３０％の効率性）。追加の３ｋＷｈより多く生成されたとき、効率性は３０％より大きく改善され、そして、仮に追加の３ｋＷｈより少なく生成されたときは、効率性は約３０％より減少する。
【０２１４】
更なる考察は、所望の圧力まで水をポンプするのに必要な電位エネルギー、そして、システム内の増加した流れから生じた損失を含む。記載されたシステムの効率性は、水もしくは蒸気を組み合わせないシステムをまさって、改良されることができるので、本明細書に記載された実施形態の一つの利点は、水もしくは蒸気による補足を含む段階的酸化システムは、特に、周辺の状況が他方発電量を減少させるだろうときに、より大きな発電量を達成することができる。
【０２１５】
本開示のより好ましい実施形態は、詳細に記載されているが、ある変形例と改良例は、この技術分野における通常の知識を有する者にとって明らかであり、本明細書に記載されたすべての特徴及び利益を提供しない実施形態を含めながら、それは理解される。この技術分野の通常の知識を有するものに、本開示は、はっきりと開示された実施形態を超えて他の変更しうる、もしくは追加の実施形態及び／又は使用方法、及び明らかな改良例、そして、それらと同等なものまで拡張される。さらに、多くの変形例は、示されて、変形例の詳細に記載されているので、本開示の範囲内にある他の改良例は、この技術分野の通常の知識を有する者に対し本開示に基づいて容易に明らかとなる。
【０２１６】
様々な組み合わせ、もしくは特定の機構と実施形態の態様との部分的組み合わせは、創作されてもよいし、そして、それらは、それでもなお本開示の範囲内に含まれることが想定されている。さらに、当然のことながら、様々な特徴および開示された実施形態の態様は、本開示の変形態様を形成するよう、他の一と組み合わされること、もしくは変更されることができる。それゆえ、本明細書に記載された、本開示の範囲は、特に開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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