(57)【要約】  下流の合成ガスの要求に於ける変化に応じて時間とともに変化させることができる、製品合成ガス中の所望の範囲内の水対一酸化炭素モル比を達成するための、合成ガスの加湿方法が開示される。原ガス（３）は、炭素質材料（１）を、酸素、水又は二酸化炭素（２）と反応させることによって製造され、希釈剤（５）と一緒にして（６）、希釈された合成ガス流（７）を製造し、これを冷却し（１０）、液体の水（１２）と接触させて、加湿された合成ガス（１５）を得ることができる。加湿された合成ガス（１５）のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、原合成ガス流と一緒にする希釈剤（５）の量及び／若しくは温度を変えることにより、急冷（１６）及び熱交換（１０）条件を調節することにより又はこれらの組合せにより、時間変化する下流の合成ガスの要求に応じて調節することができる。化学品及び電力の共生産へのこの方法の応用も開示される。
2009519891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炭素質材料を、酸素、水又は二酸化炭素と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の前記原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の前記希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、そして
（ｄ）工程（ｃ）の前記冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する
ことを含んでなる、合成ガスの加湿方法。
【請求項２】
前記炭素質材料が、メタン、石油残渣、石炭、コークス、褐炭、オイルシェール、オイルサンド、泥炭、バイオマス、石油精製残渣、石油コークス、アスファルト、真空蒸留残渣、重油又はこれらの組合せを含み、これを、ガス化装置、部分酸化器又は改質装置内で反応させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭素質材料がメタンを含み、これを改質装置内で水と反応させる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記炭素質材料が石炭又は石油コークスを含み、これをガス化装置内で酸素と反応させる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｂ）の前記希釈剤が水、メタン、エタン、プロパン、ブタン、循環された合成ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、廃ガス、燃焼スタックガス又はこれらの組合せを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記希釈剤が水を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記希釈剤の量が前記原合成ガス流の１〜１００モル％である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記原合成ガス流と一緒にする工程（ｂ）に於ける前記希釈剤の量及び／又は温度が、下流の合成ガスの要求に応じて変化する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｄ）に於ける前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を、下流合成ガスの要求に応じて選択する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記原合成ガス流と一緒にする工程（ｂ）に於ける前記希釈剤の量及び／又は温度を、前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択する請求項１０に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｃ）の前記熱交換器が放射熱交換器、対流熱交換器又はこれらの組合せを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｃ）に於いてスチームを発生させることを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｃ）に於いて発生された前記スチームの圧力を、下流の合成ガスの要求に応じて変化させる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｃ）に於いて、前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択された圧力で、スチームを発生させることを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
工程（ａ）に於ける前記原合成ガスが１０００〜２０００℃の温度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
工程（ｄ）を、水の流入流及び流出流を有する水急冷システム内で実施する請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記水の流入流及び／又は流出流の量を、下流の合成ガスの要求に応じて変化させる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｄ）を、水の流入流及び流出流を有する水急冷システム内で実施し、前記水の流入流及び／又は流出流の量を、前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択する請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記水：一酸化炭素モル比が１：１〜３：１である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記下流の合成ガスの要求が化学プロセスのための供給原料の要求、電力生産プロセスの燃料の要求又はこれらの組合せを含む請求項８に記載の方法。
【請求項２１】
前記化学プロセスがメタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、水素、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せのためのプロセスを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記化学プロセスが水性ガスシフトプロセス、メタノールプロセス又はこれらの組合せを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電力生産プロセスが複合サイクルシステムを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
工程（ｄ）からの前記加湿された合成ガスの１００体積％以下を、水性ガスシフト反応器を通して、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトした合成ガス流を製造することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスを通して、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せを製造することを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記原合成ガス流と一緒にする工程（ｂ）に於ける前記希釈剤の量を、前記化学プロセスの合成ガス供給原料の要求に応じて選択する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
工程（ａ）が、前記炭素質材料をガス化装置内で酸化剤流と反応させることを含んでなり、そして前記方法が、更に、
（ｅ）非ピーク電力需要の期間に、前記加湿された合成ガス流の１００体積％以下を水性ガスシフト反応器を通して、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流を製造し、
（ｆ）工程（ｅ）からの前記シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスを通して、化学製品を製造し、そして
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ｄ）からの前記加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力生産プロセスに通して、電気を生産する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記原合成ガス流と一緒にする工程（ｂ）に於ける前記希釈剤の量及び／又は温度を、前記水性ガスシフト反応器のための合成ガス供給原料の要求、前記電力生産プロセスのための燃料の要求又はこれらの組合せに応じて変化させる請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
工程（ｄ）に於ける前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を、前記水性ガスシフト反応器の合成ガス供給原料の要求、前記電力生産プロセスの燃料の要求又はこれらの組合せに応じて選択する請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
工程（ｃ）に於いてスチームを発生させることを更に含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
工程（ｃ）に於いて発生された前記スチームの圧力を、前記水性ガスシフト反応器の合成ガス供給原料の要求、前記電力生産プロセスの燃料の要求又はこれらの組合せに応じて変化させる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
工程（ｄ）を、水の流入流及び流出流を有する水急冷システム内で実施する請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記水の流入流及び／又は流出流の量を、前記水性ガスシフト反応器の合成ガス供給原料の要求、前記電力生産プロセスの燃料の要求又はこれらの組合せに応じて変化させる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
工程（ｄ）を、水の流入流及び流出流を有する水急冷システム内で実施し、前記水の流入流及び／又は流出流の量を、前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択する請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比が１：１〜３：１である請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記水性ガスシフト反応器から熱を回収することによってスチームを発生させることを更に含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記シフトされた合成ガス流が１：１〜２０：１の一酸化炭素に対する水素のモル比を有する請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
前記化学品製造プロセスがメタノールプロセスを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記電力生産プロセスが複合サイクルシステムを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項４０】
前記化学製品がメタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項４１】
工程（ａ）の前記炭素質材料が石炭、石油コークス又はこれらの混合物を含み、工程（ａ）の前記原合成ガス流が硫黄含有化合物を更に含み、工程（ｄ）の前記加湿された合成ガス流が０．２：１〜４：１の目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を有し、非ピーク電力需要の期間に、工程（ｅ）の前記シフトされた合成ガス流が、１：１〜２０：１の一酸化炭素に対する水素のモル比を有し、そして工程（ｆ）の前記化学プロセスが、前記シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、水素及び一酸化炭素をメタノールに転化させるのに有効な触媒と接触させることを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項４２】
前記目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を、前記ピーク電力需要及び非ピーク電力需要の期間に応じて選択する請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
工程（ｂ）に於ける前記希釈剤の量及び／又は温度を、工程（ｄ）の前記目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
工程（ｃ）に於いて、前記目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択された圧力で、スチームを発生させることを更に含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
工程（ｄ）を、水の流入流及び流出流を有する水急冷システム内で実施し、前記水の流入流及び／又は流出流の量を、前記Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択する請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
工程（ｅ）からの前記シフトされた合成ガス流中に存在する、前記硫黄含有化合物の合計の少なくとも９５モル％を除去することを更に含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
（ａ）炭素質材料を酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造するガス化装置、
（ｂ）工程（ａ）の前記原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造する希釈区画（ここで、前記原合成ガスと一緒にする前記希釈剤の量はピーク及び非ピーク電力需要に応じて選択される）、
（ｃ）工程（ｂ）の前記希釈された合成ガス流を、熱交換プロセスによって冷却する熱交換区画、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する水急冷区画、
（ｅ）前記加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流に転化するための、水性ガスシフト反応区画、
（ｆ）非ピーク電力需要の期間に、前記シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物及びこれらの組合せから選択された化学製品に転化させる化学品製造区画並びに
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ａ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力に転換させる燃焼タービンを含む電力生産区画
を含んでなる合成ガスから電力及び化学品を共生産するシステム。
【請求項４８】
前記化学品製造区画がメタノール反応器を含む請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記希釈剤が水、メタン、エタン、プロパン、ブタン、循環された合成ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、廃ガス及び燃焼スタックガスから選択された１種又はそれ以上の物質を含む請求項４７に記載のシステム。
【請求項５０】
前記水急冷区画（ｄ）が水の流入流及び流出流を有する水リザーバーを含む請求項４７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
天然ガス及び石油の高価格及び供給減のために、化学及び電力工業では、化学品の製造及び電力の発生のための代替の供給原料及び燃料が求められるようになってきた。反対に、石炭並びに他の炭素質燃料、例えば石油コークス、石油廃液、バイオマス及び紙パルプ化廃液は、非常に大量にあり、比較的安価であり、代替供給原料源として研究するための、当該技術のための当然の材料である。石炭及び他の固体炭素質材料は、ガス化して、即ち酸素によって部分燃焼させて、合成ガス(synthesis gas)（以下、「合成ガス(syngas)」ともいう）を製造することができる。合成ガスは、清浄にして、種々の化学品を生産するために使用することができ又は電力を発生させるために燃焼させることができる。
【０００２】
ガス化方法は、典型的には、より少ない量のＣＯ2、Ｈ2Ｓ、水蒸気、メタン及び他の物質を一緒に、約０．３：１〜１．５：１のＨ2：ＣＯのモル比を有する、粗製合成ガスを製造する。製品合成ガス中のＨ2：ＣＯのモル比は、そこで使用される供給原料及びガス化方法に非常に依存しているが、一般的に、上記の範囲内に入る。しかしながら、異なった応用は、合成ガス原料を効率的に利用するために、異なったＨ2：ＣＯモル比を必要とする。例えば、フィッシャー−トロプシュ及びメタノール反応化学量論は、約２：１のＨ2：ＣＯのモル比を必要とし、合成天然ガス製造は約３：１を必要とし、酢酸合成は約１：１を必要とし、一方、アンモニア又は水素製造のための供給原料は、合成ガスの水素成分のみを必要とする。このモル比は、当該技術分野で公知の方法により、例えば一酸化炭素を水と反応させて、水素及び二酸化炭素を製造する水性ガスシフト反応により調節することができる。
【０００３】
合成ガス供給物の水対一酸化炭素のモル比は、水性ガスシフト反応区画(section)の適切な運転のための重要なパラメーターである。高いＨ2Ｏ：ＣＯモル比、典型的には約１．５：１〜約３：１が、発熱反応熱からの温度上昇を制御することを助けるために及び副反応、例えばメタン化反応を制限するために有利である。合成ガス中に存在するＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、その製造方法及び特定の方法のための運転パラメーターの両方に依存する。更に、発電プラントのための燃料として合成ガスを使用するとき、合成ガス中の水の存在は、燃焼タービン及びその他の装置の汚染を遅らせるために、ときには望ましい。
【０００４】
例えば、ガス化によって製造される原合成ガス中に存在する水の量は、ガス化装置への供給方法（例えば炭素質供給原料の水スラリー又は乾燥供給物）、ガス化装置形式、運転条件及びガス化プロセスからの原合成ガスを冷却するために使用される方法に部分的に依存する。しばしば、水スラリー供給ガス化装置に於いて、ガス化装置からの冷却された合成ガス排出物中に、水性ガスシフト反応を所望の転化率で運転するためには不十分な水が存在する。乾燥石炭供給ガス化装置で、原合成ガス中の水含有量は、水スラリー供給方法によるものよりも低い。従って、水性ガスシフト反応のために広範囲のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を与える、合成ガスの加湿方法が必要である。
【０００５】
適切な加湿に加えて、存在する水の量を制御するための能力を保持しながら、原合成ガスから熱エネルギーを効率的に回収することも望ましい。当該技術分野に於いて、全水クエンチング、希釈ガス冷却及び放射冷却を含む、原合成ガスを冷却するための多くの方法が提案されてきた。例えば、特許文献１に開示されているような全水急冷(quench)設計に於いて、部分酸化区画からの熱い原合成ガスは、中間の熱交換無しに、流水のリザーバーと直ちに接触される。この原合成ガスは、直接接触熱交換によって急速に冷却され、そして合成ガスの顕熱含量の一部は、急冷水を加熱し、蒸発させる。急冷された出口合成ガスは、典型的に、その平衡レベルまで水で飽和され、システム圧力に依存して、ほぼ約１．５〜約２．７：１の範囲内のＨ2Ｏ：ＣＯモル比及び約１８５〜約２４５℃の出口ガス温度を有する。加湿された合成ガスを与えることができるが、上記の全急冷設計は、エネルギー非効率的である。原合成ガスの高い温度のために、原合成ガスの熱エネルギーは、遙かに低い温度範囲にまで低下し、そして、価値のある高圧スチームを発生させることが不可能である。更に、Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を正確に調節するための能力は、厳しく制限される。
【０００６】
例えば、特許文献２及び非特許文献１に記載されているような、放射冷却設計に於いて、熱い粗製合成ガスは、同伴流(entrained-flow)ガス化装置の部分酸化区画から出て、放射熱移動システムに頼る熱交換区画に入って、円筒形ガス流領域の周辺の熱移動表面の中に構築されたチューブ内でスチームを発生する。ガスは、典型的には、約８００℃よりも低い温度で、放射冷却器区画から出る。従って、放射冷却工程は、原合成ガスの顕熱からスチームを発生させることによって、ガス化工程のエネルギー効率を向上させるが、冷却された合成ガスの加湿には取り組んでいない。
【０００７】
放射冷却区画内で原合成ガスを冷却し、続いて全急冷冷却することは、例えば非特許文献２にも記載されている。放射冷却と急冷冷却との他の組合せは、例えば、特許文献３及び特許文献４中に開示されており、ここでは、原合成ガスの一部が水急冷区画の方に通過し、そして残りの部分が放射冷却区画の方に通過している。ガス冷却設計の他の例は、非特許文献３に記載されている。この設計に於いて、原合成ガスは、約１２００〜１５００℃の温度で、同伴流ガス化装置の部分酸化区画から出て、十分な量の約２８０℃に予め冷却された循環されたガスと混合して、約７００〜９００℃の混合物に冷却する。次いで、この混合ガスは、対流合成ガス熱交換器内で発生するスチームによって約２８０℃まで更に冷却する。
【０００８】
先行技術中に開示された種々の加湿及び冷却方法は、同時に、合成ガス流の熱エネルギーを有効に回収しながら、複数の下流の合成ガスの要求(requirement)に応じて変化させることができる、広い範囲のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガスを製造する問題点に取り組んでいない。従って、全範囲のＨ2Ｏ：ＣＯモル比をもたらすことができる、合成ガス流を加湿するための簡単で、信頼性があり、そしてエネルギー効率的な方法に対するニーズがある。更に、合成ガス流のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を、正確に制御し、１個又はそれ以上の下流の応用のために必要な時間に亘って変化させることができるプロセスについてのニーズが存在する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２，８９６，９２７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８８９，６５７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５０２，８６９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，５５９，０６１号明細書
【非特許文献１】Ｃ．Ｈｉｇｍａｎ及びＭ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｂｕｒｇｔ  “Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ”（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，２００３），Ｃｈａｐｔｅｒ５，Ｓｅｃｔｉｏｎ５．３．５
【特許文献２】ＥＰＲＩリポートＡＰ−３４８６、“Ｃｏｓｔ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｔｅｘａｃｏ−Ｂａｓｅｄ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ−Ｃｏｍｂｉｎｅｄ−Ｃｙｃｌｅ  Ｐｌａｎｔｓ”，Ｖｏｌｕｍｅ  １，Ｆｉｎａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｐｒｏｊｅｃｔ  ２０２９−１０、１９８４年４月
【非特許文献３】Ｃ．Ｈｉｇｍａｎ及びＭ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｂｕｒｇｔ  “Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ”（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，２００３），Ｃｈａｐｔｅｒ５，Ｓｅｃｔｉｏｎ５．３．３
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、注意深い計算によって、炭素質材料の部分酸化によって製造された合成ガスを加湿することができ、加湿された合成ガスの水対一酸化炭素比を、目標値に正確に制御することができることを見出した。更に、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯ比は、１個又はそれ以上の下流の合成ガスの要求に応じて時間に亘って容易に変化させることができ、加湿のために使用されない残りの熱エネルギーを有効に回収することができる。従って、
（ａ）炭素質材料を、酸素、水又は二酸化炭素と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、そして
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する
ことを含んでなる合成ガスの加湿方法が記載される。熱い原合成ガスを希釈剤と一緒にし、冷却熱交換及び急冷操作に付して、目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように急冷水の一部を蒸発させるために十分な顕熱を保持することができる。Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比は、冷却熱交換操作の前に、原合成ガスと混合する希釈剤流の流量及び温度を変化させることによって調節することができる。原合成ガス流を熱交換器に通す前に、この流れを希釈剤と一緒にすることによって、より少ない顕熱が合成ガス流から回収され、そして冷却された合成ガス流を水と接触させる際に、より多くの水が蒸発する。この希釈剤は、種々のガス状物質、例えば水、スチーム、循環された合成ガス、窒素、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、廃ガス、燃焼スタックガス(combustion stack gas)又はこれらの組合せを含んでいてよい。水対一酸化炭素モル比は、原合成ガスの顕熱の一部から発生するスチームの圧力を変化させることによっても、制御することができる。本発明の方法は、合成ガス流の加湿及び加湿のために使用されない熱エネルギーの効率的な回収を可能にする。
【００１１】
本発明は、また、複数の合成ガスの下流の要求、例えば異なった水：一酸化炭素モル比の要求を有してよい、化学プロセス及び電力生産プロセスを満たすように、合成ガス流の水：一酸化炭素モル比を効率的に且つ迅速に変化させるための方法を提供する。従って、本発明は、更に、希釈剤流の流量及び／又は温度を変化させることにより、時間的に変化する下流合成ガスの要求に応じて、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯモル比を調節することを含む。例えば、下流合成ガスの要求は、化学プロセスのための供給原料としての又は電力プラントに於ける燃焼タービンのための燃料としての、合成ガスについての要求であってよい。
【００１２】
従って、本発明の別の態様は、
（ａ）炭素質材料を、ガス化装置内で、酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造し、
（ｅ）非ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を水性ガスシフト反応器を通して、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流を製造し、
（ｆ）工程（ｅ）からのシフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスを通して、化学製品を製造し、そして
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ｄ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力生産プロセスを通して、電気を生産する
ことを含んでなる電力及び化学品の共生産方法である。加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、下流の合成ガスの要求、例えば水性ガスシフト反応器のための合成ガス供給原料の要求、電力生産のための燃料の要求又はこれらの組合せに応じて選択することができる。原合成ガス流と一緒にする希釈剤の量及び／又は温度は、目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たす又は達成するように選択することができる。加湿された合成ガス流は、水性ガスシフト反応器を通して、シフトされた合成ガス流を製造し、次いでシフトされた合成ガス流を化学プロセスに通すことができる。製造することができる化学生成物の例は、これらに限定するものではないが、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、水素、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せを含む。
【００１３】
本発明の方法は、例えば電力及びメタノールの共生産のために使用することができる。従って、本発明は、また、
（ａ）石炭、石油コークス又はこれらの混合物を、ガス化装置内で、酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１の目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造し、
（ｅ）非ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を水性ガスシフト反応器を通して、１：１〜２０：１の水素：一酸化炭素のモル比を有するシフトされた合成ガス流を製造し、
（ｆ）このシフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、水素及び一酸化炭素をメタノールに転化させるために有効な触媒と接触させ、そして
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ｄ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力生産プロセスを通して、電気を生産する
ことを含んでなる、電力及びメタノールの共生産の方法を提供する。
【００１４】
非ピーク電力需要の期間に、冷却され、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、水性ガスシフト反応器を通して、水素：一酸化炭素のモル比を増加させ、次いでメタノール触媒と接触させて、メタノールを製造する。このシフトされた合成ガス流は、メタノール合成のために直接的に使用することができ又は他のシフトされていない合成ガス流、例えば原又は加湿された合成ガス流とブレンドして、Ｈ2：ＣＯモル比を所望のレベルに調節することができる。固定床又は液体スラリー相メタノール反応器を使用することができる。本発明の方法は、シフトされた合成ガス流をメタノール触媒と接触させる前に、二酸化炭素及び硫黄含有化合物の一部を除去することを含んでいてもよい。
【００１５】
本発明の更に別の面は、
（ａ）炭素質材料を酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造するガス化装置、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造する希釈区画（ここで、原合成ガスと一緒にする希釈剤の量及び／又は温度は、ピーク及び非ピーク電力需要に応じて選択される）、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換プロセスによって冷却する熱交換区画、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する水急冷区画、
（ｅ）加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流に転化させるための、水性ガスシフト反応区画、
（ｆ）非ピーク電力需要の期間に、シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物及びこれらの組合せから選択された化学製品に転化する化学生産区画並びに
（ｆ）ピーク電力需要の期間に、工程（ａ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力に転換する燃焼タービンを含む電力生産区画
を含んでなる、合成ガスから電力及び化学品を共生産するためのシステムである。このシステムは、電力生産区画でのピーク電力需要及び非ピーク電力需要の間の異なった合成ガスの要求を有し得る化学生産区画並びに電力生産区画を含む。従って、希釈剤の量及び／又は温度は、これらの応用のために必要なＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する合成ガスを製造するように選択することができる。従って、希釈剤の量及び／又は温度は、ピーク電力需要及び非ピーク電力需要に応じて変化させることができる。前記のように、化学品製造区画は、非ピーク電力需要の期間に、１種又はそれ以上の化学品を生産することができる。例えば、化学製造区画は、固定床又はスラリー相反応器を使用してメタノールを製造することができる。このシステムは、更に、二酸化炭素、硫黄含有化合物又はこれらの組合せの全部又は一部を除去して、全てのプロセス触媒の被毒を減少させるか又は化学プロセスの生産性を増強するための、酸ガス除去区画を含んでいてよい。電力生産区画は、ピーク電力需要の期間に合成ガスを電力に転換するための燃焼タービンを含んでいてよい。電力生産区画は、更に、複合サイクル発電システムを含んでいてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、加湿された合成ガスの水対ＣＯモル比を正確に制御し、１個又はそれ以上の下流の合成ガスの要求に応じて変化させることができる、合成ガスの加湿方法を提供する。この合成ガスは、任意の炭素質材料から、当該技術分野で一般的に使用されている任意の手段により、例えば石炭のガス化により又は天然ガスのスチームリフォーミングにより発生させることができる。この原合成ガスは、冷却された合成ガスの顕熱が、目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように、急冷水の一部を蒸発させるために十分であるように、冷却熱交換及び急冷操作に付される。
【００１７】
従って、一般的な態様に於いて、本発明は、
（ａ）炭素質材料を、酸素、水又は二酸化炭素と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、そして
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液体の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する
ことを含んでなる、合成ガスの新規な加湿方法を提供する。本発明の方法は、合成ガス流の加湿及び加湿に使用されない任意の熱エネルギーの効率的な回収を可能にする。本発明は、また、異なった水：一酸化炭素モル比の要求を有し得る、合成ガスの複数の下流の要求、例えば化学プロセス及び電力生産プロセスを満たすように、合成ガスの水対一酸化炭素モル比を効率的に且つ迅速に変化させる方法を提供する。従って、本発明は、例えば、電力及び化学品が、変動する電力需要に応じて共生産される統合ガス化複合サイクルシステムに於いて使用することができる、複合電力及び化学品共生産プロセスのために有用である。
【００１８】
特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲に於いて使用する、成分の量、分子量のような特性、反応条件等を表す全ての数値は、全ての例に於いて、用語「約」によって修正されるとして理解されるべきである。従って、反対に示されない限り、明細書及び付属する特許請求の範囲に記載された数値パラメーターは、本発明によって得ることが探求されている所望の特性に依存して変化し得る近似値である。少なくとも、それぞれの数値パラメーターは、報告された意味のある数字の数に照らして、そして通常の丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。更に、この開示及び特許請求の範囲に記載された範囲は、特に、終点（群）のみならず、全範囲を含めるように意図される。例えば、０〜１０であると記載された範囲は、０と１０との間の全ての整数、例えば１、２、３、４等、０と１０との間の全ての分数、例えば１．５、２．３、４．５７、６．１１３等並びに終点０及び１０を開示するように意図される。また、化学的置換基に付随する範囲、例えば「Ｃ1〜Ｃ5炭化水素」は、Ｃ1及びＣ5炭化水素並びにＣ2、Ｃ3及びＣ4炭化水素を、特に含めそして開示するように意図される。
【００１９】
本発明の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、具体的な実施例に記載された数値は、できるだけ正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、本来、それらのそれぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的にもたらされる一定の誤差を含んでいる。
【００２０】
本明細書及び付属する特許請求の範囲中で使用する、単数形（“ａ”，“ａｎ”及び“ｔｈｅ”）は、文脈が他の方法で明瞭に示していない限り、それらの複数の指示物を含み、従って、「少なくとも１種の」又は「１種又はそれ以上の」と同義であることが意図される。例えば「合成ガス流」又は「ガス化装置」に対する参照は、１個又はそれ以上の合成ガス流又はガス化装置を含むことが意図される。「１種の」成分又は「１個の」工程を含有する又は含む組成物又はプロセスに対する指示は、それぞれ名称が記載されたものに加えて、他の成分又は他の工程を含むことが意図される。
【００２１】
「を含んでなる(comprising)」又は「含有する(containing)」又は「含む(including)」によって、本発明者らは、少なくとも名称が記載された化合物、要素、粒子又は方法工程等が、組成物又は物品又は方法中に存在するが、他の化合物、触媒、材料、粒子、方法工程等の存在を、このような他の化合物、材料、粒子、方法工程等が、名称が記載されたものと同じ機能を有するならば、特許請求の範囲に於いて明白に排除されていない限り、排除しないことを意味する。
【００２２】
また、１個又はそれ以上の方法工程の記載は、組合せられた列挙された工程の前若しくは後の追加の方法工程又は明白に同定されたこれらの工程の間の介在する方法工程を排除しないことが理解されるべきである。更に、方法工程又は成分のレタリングは、別個の活性又は成分を同定するための便利な手段であり、そして列挙されたレタリングは、他の方法で示されていない限り、任意の順序でも配列することができる。
【００２３】
本発明の方法は、炭素質材料を、酸素、水又は二酸化炭素と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原合成ガス(raw synthesis gas)（本明細書に於いて「合成ガス(syngas)」ともいう）流を製造することを含んでなる。用語「炭素質」は、本明細書に於いて、炭素を含有する種々の適切な供給原料を記載するために使用し、気体状、液体及び固体の炭化水素、炭化水素系材料及びこれらの混合物を含むことを意図する。任意の燃焼性又は部分燃焼性の、炭素含有有機材料又はこれらのスラリーを、用語「炭素質」の定義の中に含めることができる。固体、気体状及び液体供給物は、混合しそして同時に使用することができ、これらには、パラフィン系、オレフィン系、アセチレン系、ナフテン系及び芳香族系化合物が、任意の比率で含有されていてよい。また、用語「炭素質」の定義の中には、炭水化物、セルロース系材料、アルデヒド、有機酸、アルコール、ケトン、酸素化(oxygenated)燃料油、酸素化炭素質有機材料を含有する化学プロセスからの廃液及び副生物並びにこれらの混合物を含む、酸素化炭素質有機材料も含まれる。例えば、炭素質材料は、メタン、石油残渣、石炭、コークス、褐炭、オイルシェール、オイルサンド、泥炭、バイオマス、石油精製残渣、石油コークス、アスファルト、真空蒸留残渣、重油又はこれらの組合せからなっていてよい。
【００２４】
炭素質材料は、ガス化装置、部分酸化器又は改質装置内で、当該技術分野で公知の多数の方法の何れかを使用して反応させることができる。例えば、炭素質材料は、メタン又は天然ガスを含んでいてよく、改質装置内で水と反応して、合成ガスを製造する。用語「水」は、本明細書中に使用されるとき、液状及び蒸気状の水又はスチームの両方を含むことを意図する。別の例に於いて、合成ガスは、ガス化装置内での、石炭又は石油コークスと酸素との反応によって製造することができる。
【００２５】
本発明の一つの態様は、例えば少なくとも８５体積％の酸素を含む酸化剤流をガス化装置の中に連続的に供給することを含んでなり、ガス化装置内で、酸素は炭素質材料と反応して、一酸化炭素、水素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造する。幾つかの公知のガス化プロセスの何れか一つを、本発明の方法の中に含めることができる。これらのガス化プロセスは、一般的に、例えば非特許文献１中にレイアウトされたような広いカテゴリーの中に入る。例は、移動床ガス化装置、例えばルルギ(Lurgi)ドライアッシュプロセス、ブリティッシュ・ガス／ルルギスラグ化(slagging)ガス化装置、ルール(Ruhr)１００ガス化装置；流動床ガス化装置、例えばウィンクラー(Winkler)及び高温度ウィンクラープロセス、ケロッグ・ブラウン・アンド・ルート(Kellogg Brown and Root)（ＫＢＲ）輸送ガス化装置、ルルギ循環流動床ガス化装置、ユーガス(U-Gas)アグロメレーティング流動床プロセス及びケロッグ・ラスト・ウェスティングハウス(Kellogg Rust Westinghous)アグロメレーティング流動床プロセス並びに噴流層ガス化装置、例えばテキサコ(texaco)、シェル(Shell)、プレンフロ(Prenflo)、ノエル(Noell)、イーガス(E-Gas)（又はデステック(Destec)）、ＣＣＰ、イーグル(Eagle)及びコッパーストチェック(Koppers-Totzek)プロセスである。このプロセスに於いて使用するために意図されたガス化装置(gasifier)は、１〜１０３絶対バール（本明細書に於いて「ｂａｒａ」として省略する）及び４００℃〜２０００℃の圧力及び温度の範囲（好ましい値は、２１〜８３ｂａｒａの範囲及び５００℃〜１５００℃の温度である）に亘って運転することができる。ガス化装置の形式及びそこに使用する炭素質供給原料に依存して、供給原料の製造には、粉砕並びに乾燥及び適切な流体、例えば水、有機液体又は超臨界（液体）二酸化炭素中での粉砕した供給原料のスラリー化の１個又はそれ以上の単位操作が含まれてよい。酸化して合成ガスを製造することができる典型的な炭素質又は炭化水素系材料には、これらに限定するものではないが、石油残渣；瀝青質、亜瀝青質及び無煙性石炭及びコークス；褐炭；オイルシェール；オイルサンド；泥炭；バイオマス；石油精製残渣；石油コークス；アスファルト；真空蒸留残渣；重油等が含まれる。
【００２６】
酸素又は実質的な量の酸素を含有する他の適切なガス流を、炭素質供給原料と共に、ガス化装置に装入する。酸化剤流は、当該技術分野で公知の任意の方法、例えば空気の極低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離又はこれらの任意の組合せによって製造することができる。酸化剤流の純度は、典型的には、酸化剤流の全体積基準で少なくとも８５体積％の酸素であり、例えば、酸化剤流は、少なくとも９５体積％の酸素又は他の例に於いて少なくとも９８体積％の酸素を含んでいてよい。
【００２７】
酸化剤流及び製造した炭素質又は炭化水素系供給原料を、ガス化装置の中に導入し、そこで、酸化剤が消費され、供給原料が、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水及び種々の不純物、例えば硫黄又は硫黄含有化合物を含む原合成ガス(syngas)流に、実質的に転化される。本発明の目的のために、硫黄は、性質が有機又は無機である任意の硫黄含有化合物を指す。このような硫黄含有化合物の例は、硫化水素、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫酸、元素状硫黄、硫化カルボニル、メルカプタン等によって例示される。原合成ガス中に存在し得る他の不純物の例には、供給原料源及びガス化装置形式に依存して、例えば硫化水素、硫化カルボニル、メタン、アンモニア、シアン化水素、塩化水素、水銀、ヒ素及びその他の金属が含まれる。酸化剤及び供給原料をガス化装置の中に導入する的確な方法は、当該技術分野の技術内であり、このプロセスは、連続的に、実質的に一定の速度で運転されることが好ましい。
【００２８】
酸化工程、例えば石炭又は石油コークスのガス化からの原合成ガス流は、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造することができる。原合成ガス流と混合する際に蒸発する任意のガス又は液体を、希釈剤として使用することができる。例えば、本発明に従って、希釈剤は、水（典型的にはスチームとして）、メタン、エタン、プロパン、ブタン、循環された合成ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、廃ガス、燃焼スタックガス又はこれらの組合せを含んでいてよい。一つの態様に於いて、例えば、希釈剤は、水を含んでいてよく、液体として原合成ガス流用の導管の中に直接導入することができ又はスチームとして合成ガス流の中に注入することができる。原合成ガス流と一緒にする希釈剤の量は、とりわけ、合成ガス流の体積、その温度及び組成並びに希釈剤の温度に依存性であり、原合成ガス流の１〜１００モル％の範囲であってよく、即ち、１モル〜１００モルの希釈剤が、それぞれ１００モルの原合成ガスと一緒にされる。希釈剤量の他の例は、原合成ガス流の５〜７５モル％及び１０〜６０モル％である。原合成ガスと希釈剤とを一緒にする工程は、有利には、当業者に公知である混合装置、例えば混合要素、例えばスタティックミキサー、スプレーリング、アトマイザー、バッフル又は衝突(impinging)デバイスの何れかを使用することができる。
【００２９】
典型的には、原合成ガス流は、それが、ガス化装置、部分酸化器又は改質装置を出るとき、５００〜２０００℃の温度を有するであろう。原合成ガス温度の例は、１０００〜２０００℃及び１０００〜１５００℃である。希釈剤は、典型的には、原合成ガス流の温度よりも低い温度を有するであろう。希釈剤と一緒にしたとき、得られる希釈された合成ガス流は、典型的には、原合成ガス流よりも低い温度を有するであろう。原合成ガス流と希釈された合成ガス流との間の温度に於ける差は、それぞれの流れの体積、それらの温度及びそれらの組成に従って変化するであろう。希釈剤との組合せによって起こされる温度に於ける低下は、所望の水対一酸化炭素モル比に合致するために十分な水を蒸発させるために十分な顕熱の保有を除いて、熱交換プロセスによる希釈された合成ガス流からの熱の回収を可能にする。本明細書中に使用する用語「顕熱」は、当業者によって理解されるようなその一般的な意味、即ち、「その物質に添加された又はその物質から除去されたとき、気体、液体又は固体の温度に於いて上昇又は低下を起こす熱エネルギー」を有することを意図している。例えば、原合成ガス流と一緒にした希釈剤の量が増加すると、熱交換器によってより少ない熱が回収され、水を蒸発させるために利用可能な顕熱の量が増加する。従って、本発明の一つの面に於いて、原合成ガスと一緒にする希釈剤の量を変化させて、加湿された合成ガス流に於けるＨ2Ｏ：ＣＯモル比を制御することができる。
【００３０】
希釈された合成ガス流を、熱交換器に通過させて、冷却された合成ガス流を製造する。用語「冷却された」によって、熱交換器を出る合成ガス流は、熱交換器に入る希釈された合成ガス流よりも低い温度であることが意味される。本明細書中に使用する用語「熱交換器」は、熱エネルギーを、一つの媒体から他の媒体に、例えば一つの気体から他の気体に、気体から液体に、一つの液体から他の液体に等、熱エネルギーを移動する装置を意味すると理解される。例えば、希釈された合成ガスを、スチーム発生熱交換器（即ちボイラー）（ここでは、熱は合成ガスから沸騰水に移動される）；気体−気体相互交換器；ボイラー供給水交換器；強制空気交換器；冷却水交換器又はこれらの熱交換器の１種又はそれ以上の組合せから選択された熱交換器の形式の１個又はそれ以上に通すことができる。連続的により低い圧力のスチームレベルを製造する、複数のスチーム発生熱交換器の使用は、本発明の範囲内であることが意図される。例えば、熱交換器は、放射熱交換器、対流熱交換器又はこれらの熱交換器の１種又はそれ以上の組合せを含んでいてよい。スチーム及び凝縮液を、典型的に、熱交換プロセスから発生させ、異なった圧力の１種又はそれ以上のスチーム製品を具体化することができる。
【００３１】
冷却された合成ガス流を、液体の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する。加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比の他の例は、１：１〜３：１、１．５：１〜３：１及び２：１〜３：１である。冷却された合成ガスと水との接触は、一般的に、気体と液体との間の大きい接触表面を作る、当該技術分野で公知である任意の気体−液体接触装置又は急冷システムによって行うことができる。例えば、合成ガスを、水のリザーバーを有する水急冷システムの中に、単にスプレーすることができる。別の例に於いて、冷却された合成ガスを、水の並流又は向流と共に、種々の形の充填物、バッフル、バブルキャップトレイ、篩トレイ等の種々の形を含むスクラビング塔の中に通過させることができる。別の例に於いて、合成ガスを、種々の洗浄機、例えばベンチュリー洗浄機、渦巻き型洗浄機及び回転洗浄機（これらの全ては、当該技術分野で公知である）に付すことができる。典型的には、水接触又は急冷システムは、水の流入流及び流出流によって維持される、水のリザーバーを有するであろう。急冷システム内で、冷却された合成ガス流が水と接触するとき、流入する冷却された合成ガスは顕熱を放出し、急冷水との接触で更に冷却される。この顕熱は、急冷水の温度を上昇させ、急冷水の一部を蒸発させ、そうして合成ガスを加湿するように機能する。従って、急冷システムへの水の流入流及び流出流を調節して、急冷システム内の水の温度、従って、冷却された合成ガス流の中に蒸発する水の量を制御することができる。急冷区画内で蒸発しない急冷水の残りの部分は、水、可溶性無機含有物（即ち、塩、微細に分割された未反応の炭素質材料、溶解した合成ガス成分及びその他の無機微細物）からなっていてよく、最終的に流出流として急冷システムから出る。
【００３２】
前記のように、原合成ガス流と一緒にする希釈剤並びに急冷システムへの水の流入流及び流出流の量及び温度は、加湿された合成ガス流中の水対一酸化炭素のモル比に影響を与えるパラメーターの中にある。従って、希釈剤流の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの流入流及び流出流の量を変化させることによって、加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を、例えば、時間に亘って変化し得る下流の合成ガスの要求に応じて、変化させることができる。本明細書中に使用する用語「下流の合成ガスの要求」は、加湿された合成ガス流の製造の点の下流で生じるニーズ又は要求を意味する。「合成ガスの要求」は、体積及び／又は組成必要条件、例えば特定のＨ2Ｏ：ＣＯモル比、ＣＯ2含有量又はＨ2：ＣＯモル比を有する合成ガスについての要求を含み得る、合成ガスのニーズを意味する。従って、本発明に従って、原合成ガス流と一緒にする希釈剤の量及び／若しくは温度又は水急冷システムでの水の流入流及び／若しくは流出流の量を、下流の合成ガスの要求、例えば、少なくとも１個の化学プロセスの供給原料の要求、少なくとも１個の発電プラントの燃料の要求又はこれらの組合せに応じて、時間に亘って変化させることができる。別の態様に於いて、例えば、Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を、下流の合成ガスの要求に応じて選択することができる。次いで、希釈剤流の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの流入流及び／若しくは流出流の量を、このＨ2Ｏ：ＣＯモル比に応じて選択することができる。合成ガスについての下流の要求、従って加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、周期的に変わり得る。本明細書中で使用する用語「周期的に」は、「時間間隔又は期間に付随する又はこれら内で起こる」の、その一般的に許容される意味を有すると理解される。この期間又は時間間隔は、規則的に、例えば、２４時間毎に１回又は不規則的に起こり得る。
【００３３】
希釈された合成ガス流から発生するスチームの圧力は、また、加湿された合成ガス流中の蒸発した水の量、従って、そのＨ2Ｏ：ＣＯモル比を制御するために使用することができる。スチームの圧力は、スチームの温度、従って、熱交換器内で移動される熱の量を決定する。従って、熱交換器を通して希釈された合成ガス流を通過させることによって発生したスチームの圧力を、下流の合成ガスの要求に応じて変化させることができる。例えば、前記のように、加湿された合成ガス流のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、下流の合成ガスの要求に応じて選択することができる。次いで、希釈された合成ガス流の熱交換によって得られるスチームを、このＨ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択された圧力で発生させることができる。
【００３４】
下流の合成ガスの要求の一例は、合成ガス中に存在する水素、一酸化炭素又は一酸化炭素の１種又はそれ以上が、反応生成物に転化される、化学プロセスの供給原料の要求である。合成ガス供給原料を有用な化学製品に効率的に転化することができる任意の化学プロセスを使用することができる。例えば、この化学プロセスは、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、水素、フィッシャー−トロプシュ生成物及びこれらの組合せのためのプロセスを含んでいてよい。合成ガスの水素対一酸化炭素モル比を変えるために、そして化学製造のための水素及び一酸化炭素の正しい化学量論をもたらすために、水性ガスシフト反応を使用することができる。例えば、加湿された合成ガス流の全体積基準で、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、水性ガスシフト反応器に通過させて、シフトされた合成ガス流を受け取る化学プロセスの種類に依存して、変化するモル比の追加の水素及び二酸化炭素を含んでなる、シフトされた合成ガス流を製造することができる。原合成ガス流と一緒にする希釈剤の量は、水性ガスシフト反応のために必要とされる水対一酸化炭素モル比に依存して、化学プロセスの合成ガスの要求に応じて選択することができる。加湿された合成ガス流は、また、水性ガスシフト反応に通過させて、目標のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を達成する前に、他の合成ガス流、例えば循環された合成ガス流又は原合成ガス流とブレンドすることができる。次いで、シフトされた合成ガス流の全体積基準で、シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスに通過させて、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せを製造することができる。シフトされた合成ガス流は、また、更に、他のシフトされていない合成ガス流、例えば循環された合成ガス又は原合成ガス流とブレンドして、化学プロセスに通過させる前に、Ｈ2：ＣＯモル比を所望のレベルに調節することができる。例えば、この化学プロセスは、水性ガスシフトプロセス、メタノールプロセス又はこれらの組合せを含んでいてよい。加湿された合成ガスを、最初に、水性ガスシフト反応器に通過させて、１：１〜２０：１の水素対一酸化炭素モル比を有するシフトされた合成ガス流を製造することができる。次いで、シフトされた合成ガス流をメタノール反応器に通過させて、メタノールを製造する。
【００３５】
水性ガスシフト反応に於いて、合成ガス中の一酸化炭素は、水との平衡制限反応を受けて、追加の水素及び二酸化炭素を製造する。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  ←→  ＣＯ2＋Ｈ2
用語「追加の」によって、水性ガスシフト反応器から出る合成ガス流が、水性ガスシフト反応器に入る合成ガス流よりも高い、水素及び二酸化炭素のモル％を有することを意味する。典型的には、水性ガスシフト反応は、当該技術分野で公知の方法による、触媒作用方式で達成される。有利には、水性ガスシフト触媒は、硫黄耐性である。例えば、このような硫黄耐性触媒には、これらに限定されないが、コバルト−モリブデン触媒が含まれてよい。運転温度は、典型的には２５０℃〜５００℃である。
【００３６】
水性ガスシフト反応は、発熱反応の熱放出を制御するための、当該技術分野で公知である任意の反応器フォーマット内で達成することができる。適切な反応器フォーマットの例は、一段断熱固定床反応器；中間段冷却、スチーム発生又はコールド−ショッティング(cold-shotting)を有する多段断熱固定床反応器；スチーム発生又は冷却を有する管型固定床反応器及び流動床である。典型的には、一酸化炭素の８０〜９０％が、平衡制限のために、一段断熱反応器内で、二酸化炭素及び水素に転化されるであろう。シフトされた合成ガス流中で製造することができる水素対一酸化炭素モル比の例は、１：１〜２０：１、１．５：１〜１０：１、２：１〜７：１及び１．５：１〜３：１である。シフトされた合成ガス流は、直接的に使用するか又は他のシフトされていない合成ガス流、例えば原合成ガス流又は加湿された合成ガス流とブレンドして、Ｈ2：ＣＯモル比を所望のレベルに調節することができる。より高い転化率が必要な場合（即ち、水素製造のために）、より低い出口ガス温度を有する追加の段を使用することができる。
【００３７】
水性ガスシフト反応の非常に発熱性の性質のために、それが水性ガスシフト反応から出るとき、典型的には、それが化学プロセスに送られる前に、シフトされた合成ガス流から熱を回収することによって、水性ガスシフト反応ゾーンに於いてスチームを発生させることができる。水性ガスシフト反応器内で発生したスチームを、共通のスチームヘッダー(steam header)に向けるか又は一般的なユーティリティスチームとして使用することができる。その代わりに、水性ガスシフト反応器内で発生したスチームを、加湿された合成ガス流が水性ガスシフト反応器に入る前に、スチームの一部を冷却された加湿された合成ガス流の一部と一緒にすることによって、水性ガスシフト反応器に入る加湿された合成ガス流に水を補給するために使用することができる。
【００３８】
水性ガスシフト反応に送られる加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯのモル比は、典型的には、少なくとも１．５：１であるが、少なくとも２：１で３以下：１であってもよい。３：１よりも高いＨ2Ｏ：ＣＯモル比を使用することもできる。幾つかの理由のために、水蒸気が必要である。水性ガスシフト反応は、発熱性で、平衡制限され、水反応剤の濃度を上昇させることは、シフト転化率を水素製造の方に助ける。更に、水の上昇した濃度は、メタン生成反応（ここで、ＣＯは水素と反応して、メタン及び水を製造する）を抑制する助けになる。メタン生成は非常に発熱性であり、触媒を損傷し、その有用な寿命を短縮し得る局部熱スポットを生じ得る。最後に、水蒸気は比較的高い熱容量を有しており、反応剤ガスの温度上昇を和らげる作用をする。
【００３９】
メタノールプロセスは、当業者に公知であるメタノール合成プラントの任意の形式からなっていてよく、それらの多くは、商業的ベースで広く実施されている。殆どの商業的メタノール合成プラントは、気相で２５〜１４０ｂａｒａの圧力範囲で、使用する技術に依存して、当該技術分野で公知の種々の銅系触媒システムを使用して稼働する。多数の異なった最新の技術、例えばＩＣＩ（Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）プロセス、ルルギプロセス、Ｈａｌｄｏｒ−Ｔｏｐｓｏｅプロセス及び三菱プロセスが、メタノールを合成するために知られている。液相プロセスも、当該技術分野で公知である。従って、本発明に従ったメタノールプロセスは、固体又は担持触媒を含有する固定床メタノール反応器又はスラリー化触媒（そこで、金属又は担持触媒粒子が、非反応性液体媒体、例えば、鉱油中にスラリー化されている）を使用する液体スラリー相メタノール反応器からなっていてよい。
【００４０】
合成ガス流は、典型的には、使用するプロセスに依存して、２５〜１４０ｂａｒａの圧力でメタノール反応器に供給される。次いで、合成ガスは、触媒上で反応して、メタノールを生成する。この反応は発熱性であり、従って、熱除去が通常必要である。次いで、原メタノール又は不純なメタノールが凝縮され、不純物、例えばエタノール、プロパノール等を含む高級アルコールを除去するために精製するか又は、精製することなく、燃料として燃焼することができる。未反応の合成ガス供給原料からなる凝縮しない蒸気相は、典型的には、メタノールプロセス供給物に循環される。
【００４１】
メタノールに加えて、合成ガス供給原料から効率的に得られる任意の化学品、例えばメタノール、ギ酸アルキル、オキソアルデヒド、メタン、アンモニア、ジメチルエーテル、水素、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの化学品の１種又はそれ以上の組合せを製造することが、本発明の範囲内である。例えばアンモニア及び／又は水素を製造することができる。この例に於いて、水性ガスシフト反応は、水素及び二酸化炭素製造を最大にするように運転されるであろう。一酸化炭素の水素及び二酸化炭素への典型的な転化率は、９５％よりも大きい。所望により、二酸化炭素を、一般的な吸収又は吸着技術によって除去し、続いて最終精製工程によって除去することができる。例えば、圧力スイング吸着を使用して、水素の酸素含有量を、典型的には、２体積ｐｐｍよりも低くまで減少させることができる。この水素は、販売されるか又は“Ａｍｍｏｎｉａ”，Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２巻、第３版、１９７８年、第４９４〜５００頁に於いて、ＬｅＢｌａｎｃｅ等によって例示されているような、当該技術分野で公知である手段により、ハーバー−ボッシュ法によってアンモニアを製造するために使用することができる。
【００４２】
本発明の別の態様に於いて、フィッシャー−トロプシュ生成物、例えば炭化水素及びアルコールは、米国特許第５，６２１，１５５号明細書及び米国特許第６，６８２，７１１号明細書に例示されているようなフィッシャー−トロプシュ反応によって製造することができる。典型的には、フィッシャー−トロプシュ反応条件には、１９０℃〜３４０℃の反応温度を使用することが含まれてよく、実際の反応温度は、主として反応器形状によって決定される。例えば、流動床反応器を使用するとき、反応温度は好ましくは３００℃〜３４０℃であり、固定床反応器を使用するとき、反応温度は好ましくは、２００℃〜２５０℃であり、スラリー床反応器を使用するとき、反応温度は好ましくは、１９０℃〜２７０℃である。
【００４３】
１〜５０ｂａｒ、好ましくは１５〜５０ｂａｒの、フィッシャー−トロプシュ反応器への入口合成ガス圧力を使用することができる。この合成ガスは、新しい供給物中に、１．５：１〜２．５：１、好ましくは１．８：１〜２．２：１のＨ2：ＣＯモル比を有する。この合成ガスは、典型的に、０．１ｗｐｐｍ以下の硫黄を含有している。ガスリサイクルを、反応段に任意に使用することができ、モル基準の、ガスリサイクル速度の新しい合成ガス供給速度に対する比は、１：１〜３：１、好ましくは１．５：１〜２．５：１であってよい。１〜２０、好ましくは８〜１２の、ｍ3（触媒ｋｇ）-1時-1での空間速度(space velocity)を、反応段で使用することができる。
【００４４】
原則として、鉄系、コバルト系又は鉄／コバルト系のフィッシャー−トロプシュ触媒を、フィッシャー−トロプシュ反応段で使用することができるが、高い鎖成長可能性（即ち、０．８又はそれ以上、好ましくは０．９又はそれ以上、更に好ましくは０．９２５又はそれ以上のα値）で運転されるフィッシャー−トロプシュ触媒が典型的である。反応条件は、一般的に、メタン及びエタン生成を最小にするように選択される。これは、主として、ワックス及び重質生成物、即ち、主としてパラフィン系Ｃ20＋線状炭化水素を含有する生成物をもたらす傾向がある。
【００４５】
鉄系のフィッシャー−トロプシュ触媒には、沈殿又は融解させた鉄及び／又は酸化鉄を含有していてよい。しかしながら、焼結させた、固結させた(cemented)又は適切な支持体上に含浸させた鉄及び／又は酸化鉄も使用することができる。鉄は、フィッシャー−トロプシュ合成の前に、金属Ｆｅまで還元しなくてはならない。鉄系触媒には、また、種々のレベルの助触媒（その役割は、最終触媒の活性、安定性及び選択性の１個又はそれ以上を変えることができる）を含有していてよい。典型的な助触媒は、還元された鉄の表面積に影響を与えるもの（「構造的助触媒」）であり、これには、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ若しくはＣｕ又はこれらの組合せの酸化物又は金属が含まれる。
【００４６】
フィッシャー−トロプシュ反応からの生成物には、しばしば、気体状反応生成物及び液体状反応生成物が含まれる。例えば、気体状反応生成物には、典型的には、３４３℃よりも低い沸点を有する炭化水素（例えばテールガス〜中間留分）が含まれる。液体状反応生成物（凝縮油留分）には、３４３℃よりも高い沸点を有する炭化水素（例えば減圧経由〜重質パラフィン）及び変化する鎖長のアルコールが含まれる。
【００４７】
オキソアルデヒドも、当該技術分野で公知であるヒドロホルミル化プロセスを使用して製造することができる。ヒドロホルミル化反応は、典型的には、オレフィン、例えばエチレン又はプロピレンを、一酸化炭素及び水素と、線状及び分枝状アルデヒドを製造するための遷移金属触媒の存在下で接触させることによって実施される。ヒドロホルミル化によって製造することができるアルデヒドの例には、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド及びイソブチルアルデヒドが含まれる。
【００４８】
別の例に於いて、ギ酸アルキル、例えばギ酸メチルを、化学プロセスに於いて製造することができる。現在、例えば米国特許第３，７１６，６１９号明細書に記載されているような、合成ガス及びアルキルアルコール供給原料からのギ酸アルキルの合成のための幾つかの公知のプロセスが存在する。ギ酸アルキルプロセスの他の例には、米国特許第３，８１６，５１３号明細書（ここでは、一酸化炭素及びメタノールを、液相又は気相で、上昇した圧力及び温度で、アルカリ性触媒及び一酸化炭素がメタノールに転化されるのを許容するために十分な水素の存在下で反応させて、ギ酸メタノールを生成する）及び米国特許第４，２１６，３３９号明細書（ここでは、一酸化炭素を、上昇した温度及び圧力で、メタノール及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属メトキシド触媒を含有する液体反応混合物の流れと反応させて、ギ酸メチルを製造する）が含まれる。しかしながら、本発明の最も広い態様に於いて、対応するアルキルアルコール及び一酸化炭素に十分に富んだ製造した合成ガスを含む供給原料からの、ギ酸アルキルの生成のための任意の有効な商業的に実用的なプロセスが、本発明の範囲内である。触媒又は触媒群及び濃度、接触時間等は、当業者に公知であるように広範囲に変化させることができる。適切な触媒の例は、米国特許第４，２１６，３３９号明細書に開示されているが、当業者に公知である広範囲の種々の他の触媒を使用することもできる。
【００４９】
加湿された合成ガスは、また、電力生産プロセスに通過させることができる。電力生産プロセスは、合成ガス供給物の化学エネルギー及び運動エネルギーを、電気エネルギー又は機械エネルギーに、典型的には、少なくとも１個のターボエキスパンダー(turboexpander)（以下、「燃焼タービン」としても参照される）の形で転換するための手段を含む。典型的には、電力生産プロセスは、発電のためのブレイトンサイクル及びカルノーサイクルからなる、合成ガス中のエネルギーを電気エネルギーに転換するための最も効率的な方法としての複合サイクルシステムを含んでなるであろう。複合サイクル運転に於いて、気体燃料は酸素含有ガスと一緒にされ、燃焼され、そして１個又はそれ以上の燃焼タービンに供給されて、電気又は機械エネルギーを発生する。燃焼タービン又はタービン群からの熱い排ガスは、１個又はそれ以上の熱回収スチーム発生器（本明細書に於いて、「ＨＲＳＧ」と略称する）に供給され、そこで、熱い排ガス中の熱エネルギーがスチームとして回収される。プロセスの他の区画内で発生した任意のスチーム（即ち、化学反応の発熱の回収による）と一緒の、１個又はそれ以上のＨＲＳＧからのスチームは、１個又はそれ以上のスチームターボエキスパンダーに供給されて、電気又は機械エネルギーを発生し、その後、タービン排気中の任意の残りの低レベルの熱を、凝縮媒体の方に排除する。基本的複合サイクル運転での多数の変形が、当該技術分野で公知である。例は、ＨＡＴ（湿潤空気タービン）サイクル及びＴｏｐｈａｔサイクルである。全てが、本発明の電力生産プロセスに於いて制限無く使用するために適している。例えば、本発明の一つの態様に於いて、電力生産プロセスは、統合ガス化複合サイクル（本明細書に於いて、「ＩＧＣＣ」と略称する）電力プラントを含んでいてよい。
【００５０】
従って、本発明は、また、
（ａ）炭素質材料を、ガス化装置内で、酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造し、
（ｅ）非ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を水性ガスシフト反応器を通して、追加の水素及び二酸化炭素を含んでなるシフトされた合成ガス流を製造し、
（ｆ）工程（ｅ）からのシフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスを通して、化学製品を製造し、そして
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ｄ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力生産プロセスに通して、電気を生産する工程
を含んでなる、電力及び化学品の共生産方法を提供する。上記の方法は、前記のような、ガス化装置、合成ガス流、酸化剤流、炭素質材料、希釈剤、熱交換器、水：一酸化炭素モル比、水性ガスシフト反応、水急冷システム、化学製品及び電力生産プロセスの種々の態様を含むことが理解される。例えば、原合成ガス流は、ガス化装置内で、石炭又は石油コークスの部分酸化によって製造することができる。酸化剤流の純度は、典型的には、少なくとも８５体積％の酸素であり、少なくとも９５体積％の酸素又は別の例に於いて少なくとも９８体積％の酸素を含んでいてよい。典型的には１０００〜２０００℃の温度を有する原合成ガスを、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造することができる。希釈剤は、水、スチーム、メタン、エタン、プロパン、ブタン、循環された合成ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、廃ガス、燃焼スタックガス又はこれらの組合せを含んでいてよい。前記のように、希釈剤は、水を含んでいてよく、液体として原合成ガス流用の導管の中に導入することができ又はスチームとして合成ガス流の中に注入することができる。
【００５１】
希釈された合成ガス流を熱交換器に通過させて、冷却された合成ガス流を製造する。例えば、熱交換器は、放射熱交換器、対流熱交換器又はこれらの熱交換器の１種又はそれ以上の組合せを含んでいてよい。スチーム及び凝縮液を、熱交換プロセスから発生させ、異なった圧力の１種又はそれ以上のスチーム製品を具体化することができる。冷却された合成ガス流を、液体の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する。加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比の他の例は、１：１〜３：１、１．５：１〜３：１及び２：１〜３：１である。冷却された合成ガスと水との接触は、一般的に、気体と液体との間の大きい接触表面を作る、当該技術分野で公知である任意の気体−液体接触装置又は急冷システムによって行うことができる。例えば、合成ガスを、水の流入流及び流出流によって維持されている、水のリザーバーを有する水急冷システムの中に、単に散布する(sparge)ことができる。
【００５２】
前記のように、原合成ガス流と一緒にする希釈剤並びに急冷システムへの水の流入流及び流出流の量及び温度は、加湿された合成ガス流中の水対一酸化炭素のモル比に影響を与えるパラメーターの中にある。従って、希釈剤流の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの流入流及び流出流の量を変化させることによって、加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を変化させることができる。従って、本発明に従って、原合成ガス流と一緒にする希釈剤の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの水の流入流及び／若しくは流出流の量を、下流の合成ガスの要求、例えば水性ガスシフト反応器のための供給原料の要求又は電力生産プロセスのための燃料の要求に応じて、時間に亘って変化させることができる。別の態様に於いて、例えばＨ2Ｏ：ＣＯモル比を、水性ガスシフト反応器のための合成ガス供給原料の要求又は電力生産プロセスのための燃料の要求に応じて選択することができる。次いで、希釈剤の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの流入流及び／若しくは流出流の量を、この選択されたＨ2Ｏ：ＣＯモル比を達成するように選択することができる。
【００５３】
希釈された合成ガス流から発生するスチームの圧力は、加湿された合成ガス流中の蒸発した水の量、従って、そのＨ2Ｏ：ＣＯモル比を制御するために使用することもできる。従って、本発明の一つの面に於いて、熱交換器を通して希釈された合成ガス流を通過させることによって発生したスチームの圧力を、水性ガスシフト反応器のための合成ガス供給原料の要求又は電力生産プロセスのための燃料の要求に応じて変化させることができる。例えば、前記のように、加湿された合成ガス流のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、上記の水性ガス供給原料及び電力生産プロセス燃料の要求に応じて選択することができる。次いで、希釈された合成ガス流の熱交換によって得られるスチームを、このＨ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択された圧力で発生させることができる。
【００５４】
前記のように、加湿されたガス流の全体積基準で、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、水性ガスシフト反応器に通過させて、追加の水素及び二酸化炭素からなるシフトされた合成ガス流を製造することができる。例えば、加湿された合成ガス流を、電力生産プラント又はプロセスでの非ピーク電力需要の期間に、水性ガスシフト反応器に送ることができる。本発明の関連で本明細書中に使用する用語「ピーク電力需要」は、所定の２４時間の期間内での、電力生産地域内での最大電力需要を意味する。本明細書中で使用する「ピーク電力需要の期間」は、電力生産地域での電力需要が、最大電力需要の少なくとも９０％である、上記の２４時間の期間内の１個又はそれ以上の時間間隔を意味する。反対に、本明細書中に使用する「非ピーク電力需要の期間」は、電力生産地域での電力需要が、前記定義したようなピーク電力需要の９０％よりも低い、所定の２４時間の期間内の１個又はそれ以上の時間間隔を意味する。
【００５５】
それが水性ガスシフト反応から出るとき、典型的には、それが化学プロセスに送られる前に、シフトされた合成ガス流から熱を回収することによって、水性ガスシフト反応ゾーンに於いてスチームを発生させることができる。水性ガスシフト反応器からのシフトされた合成ガス流は、一般的に、１：１〜２０：１の水素：ＣＯモル比を有する。シフトされた合成ガス流中で製造することができる水素：一酸化炭素モル比の追加の例は、１．５：１〜１０：１、２：１〜７：１及び１．５：１〜３：１である。シフトされた合成ガス流は、直接的に使用するか又は他のシフトされていない合成ガス流、例えば原合成ガス流又は加湿された合成ガス流とブレンドして、Ｈ2：ＣＯモル比を所望のレベルに調節することができる。より高い転化率が必要な場合（即ち、水素製造のために）、より低い出口ガス温度を有する追加の段を使用することができる。
【００５６】
前述のように、シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、化学プロセスに通過させて、化学製品、例えばメタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物又はこれらの組合せを製造することができる。一つの態様に於いて、例えば、この化学プロセスはメタノールプロセスを含んでいてよい。
【００５７】
ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、また、電力生産プロセスに通過させて、電気を生産することができる。例えば、電力生産プロセスは、複合サイクルシステム及び当該技術分野で公知であり、前に記載された、基本的複合サイクル運転での変形の任意の１種からなっていてよい。電力生産プロセスは統合ガス化複合サイクル（本明細書に於いて、「ＩＧＣＣ」と略称する）電力プラントからなっていてもよい。
【００５８】
本発明の方法は、更に、電力及びメタノールの共生産を提供する。従って、本発明の別の面は、
（ａ）石炭、石油コークス又はこれらの混合物を、ガス化装置内で、酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造し、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造し、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換器を通して、冷却された合成ガス流を製造し、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液状の水と接触させて、０．２：１〜４：１の目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造し、
（ｅ）非ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を水性ガスシフト反応器に通して、１：１〜２０：１の水素：一酸化炭素のモル比を有するシフトされた合成ガス流を製造し、
（ｆ）このシフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、水素及び一酸化炭素をメタノールに転化させるために有効な触媒と接触させ、そして
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ｄ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力生産プロセスに通過させて、電気を生産する
ことを含んでなる方法である。当業者は、上記の方法が、前記のような、ガス化装置、合成ガス流、酸化剤流、炭素質材料、希釈剤、熱交換器、水：一酸化炭素モル比、水急冷システム、化学製品及び電力生産プロセスの種々の態様からなることを理解するであろう。例えば、原合成ガス流を、例えば水、スチーム、循環された合成ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、エタン、プロパン、ブタン、二酸化炭素、廃ガス、燃焼スタックガス又はこれらの組合せからなる希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造することができる。
【００５９】
希釈された合成ガス流を熱交換器に通過させて、冷却された合成ガス流を製造し、これを、液体の水と接触させて、０．２：１〜４：１の目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造する。冷却された合成ガス流と水との接触は、一般的に、気体と液体との間の大きい接触表面を作る、当該技術分野で公知である任意の気体−液体接触装置又は急冷システムによって行うことができる。例えば、合成ガスを、水の流入流及び流出流によって維持されている、水のリザーバーを有する水急冷システムの中に、単に散布することができる。本明細書中に使用する用語「目標」は、加湿された合成ガス流のＨ2Ｏ：ＣＯモル比が、下流の合成ガスの要求に応じて達成されることが意図されるゴール又は値として選択されることを意味する。例えば、目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比は、これらの期間の水性ガスシフト反応器及び電力生産地域のための異なった合成ガスの要求に従って、非ピーク及びピーク電力需要に応じて選択することができる。加湿された合成ガス流中のＨ2Ｏ：ＣＯモル比の他の例は、１：１〜３：１、１．５：１〜３：１及び２：１〜３：１である。前記のように、原合成ガス流と一緒にする希釈剤並びに急冷システムへの水の流入流及び流出流の量及び／又は温度は、加湿された合成ガス流中の水対一酸化炭素のモル比に影響を与えるパラメーターの中にある。従って、希釈剤の量及び／若しくは温度又は水急冷システムへの流入流及び／若しくは流出流の量は、加湿された合成ガス流の目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすように選択することができる。前記のように、希釈された合成ガス流を冷却することによって発生するスチームの圧力は、また、加湿された合成ガス流のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を制御するために使用することができる。従って、本発明の方法は、更に、工程（ｃ）に於いて、目標Ｈ2Ｏ：ＣＯモル比を満たすための圧力で、スチームを発生させることを含む。
【００６０】
前記のように、電力生産プラント又はプロセスでの非ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、水性ガスシフト反応器に通過させて、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流を製造することができる。水性ガスシフト反応器からのシフトされた合成ガス流は、一般的に、１：１〜２０：１の水素：ＣＯモル比を有する。シフトされた合成ガス流中で製造することができる水素：一酸化炭素モル比の追加の例は、１．５：１〜１０：１、２：１〜７：１及び１．５：１〜３：１である。
【００６１】
本発明の新規なプロセスは、更に、工程（ｅ）からのシフトされた合成ガス流を、１個又はそれ以上の酸性ガス除去プロセス（その中で、酸性ガス、例えば硫化水素又は二酸化炭素が、それらの低下した濃度で除去される）に通過させることを含む。例えば、シフトされた合成ガスが、化学合成のために使用されるとき、任意の触媒の被毒を防止するために又はこのガスが電力生産のために使用されるとき、環境への硫黄放出を減少させるために、酸性ガス除去プロセスに於いてシフトされた合成ガス中に存在する硫黄含有化合物を除去することが、しばしば望ましい。従って、本発明に従って、酸性ガス除去プロセスは、気体状流から硫黄含有化合物を除去するための、当該技術分野で公知の多数の方法の任意の方法を使用することができる、硫黄除去プロセスを含んでいてよい。本発明の目的のために、硫黄は、性質が有機又は無機である任意の硫黄含有化合物を指す。このような硫黄含有化合物の例は、硫化水素、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫酸、元素状硫黄、硫化カルボニル、メルカプタン等によって例示される。
【００６２】
硫黄含有化合物は、硫黄除去ゾーンに供給される合成ガスから、苛性ソーダ、炭酸カリウム若しくは他の無機塩基又はアルカノールアミンを使用することによって例示される化学吸収方法によって除去することができる。本発明のための適切なアルカノールアミンの例には、合計で炭素数１０以下の、２５０℃よりも低い標準沸点を有する、第一級、第二級及び第三級アミノアルコールが含まれる。具体例には、第一級アミノアルコール、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、１−アミノブタン−２−オール、２−アミノブタン−１−オール、３−アミノ−３−メチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−アミノ−１−ブタノール、２−アミノ−２−エチル−１−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−３−ペンタノール、２−アミノ−２−メチル−１−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−ペンタノール、３−アミノ−３−メチル−１−ブタノール、３−アミノ−３−メチル−２−ブタノール、２−アミノ−２，３−ジメチル−１−ブタノール、第二級アミノアルコール、例えばジエタノールアミン（ＤＥＡ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）、２−（プロピルアミノ）−エタノール、２−（イソプロピルアミノ）−エタノール、２−（ブチルアミノ）−エタノール、１−（エチルアミノ）−エタノール、１−（メチルアミノ）−エタノール、１−（プロピルアミノ）−エタノール、１−（イソプロピルアミノ）−エタノール及び１−（ブチルアミノ）−エタノール並びに第三級アミノアルコール、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）及びメチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）が含まれる。
【００６３】
その代わりに、シフトされた合成ガス中の硫黄は、物理的吸収方法によって除去することができる。適切な物理的吸収溶媒の例は、メタノール及びその他のアルカノール、炭酸プロピレン及び他の炭酸アルキル、２〜１２個のグリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル及びこれらの混合物（一般的に、セレキソール(Selexol)（登録商標）溶媒の商品名で知られている）、ｎ−メチルピロリドン並びにスルホランである。物理的及び化学的吸収方法は、吸収剤としてスルホラン及びアルカノールアミンを使用するスルフィノール(Sulfinol)（登録商標）プロセス又は吸収剤としてアミンとメタノールとの混合物を使用するアミソール(Amisol)（登録商標）プロセスによって例示されるように、協力して使用することができる。
【００６４】
硫黄含有化合物は、硫黄除去プロセスへの気体状供給物から、チタン酸亜鉛、亜鉄酸亜鉛、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化セリウム又はこれらの混合物によって例示される固体の、固定床、流動床又は移動床を使用する、固体収着方法により除去することができる。化学的合成の要求のために必要な場合、化学的若しくは物理的吸収プロセス又は固体収着プロセスに、最終硫黄除去のための追加の方法を続けることができる。最終硫黄除去プロセスの例は、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化マンガン及び酸化コバルト上への吸着である。
【００６５】
シフトされた合成ガス流中に存在する全硫黄含有化合物の、典型的に少なくとも９０モル％、更に典型的に少なくとも９５モル％、なお更に典型的に少なくとも９９モル％を、硫黄除去プロセスに於いて除去することができる。典型的には、化学製造のために使用される合成ガスは、化学合成触媒の失活を防止するために、一層厳しい硫黄除去、即ち少なくとも９９．５％除去を必要とし、更に典型的には、硫黄除去ゾーンからの流出ガスは、５体積ｐｐｍよりも少ない硫黄を含有する。
【００６６】
硫黄に加えて、存在する二酸化炭素の一部を、シフトされた合成ガス流が化学プロセスに通す前に、ガス除去プロセスに於いて除去することができる。二酸化炭素の除去又は減少は、当該技術分野で公知の多数の方法の任意の方法を含んでいてよい。気体状供給物中の二酸化炭素は、苛性ソーダ、炭酸カリウム若しくは他の無機塩基又はアルカノールアミンを使用することによって例示される化学吸収方法によって除去することができる。本発明のための適切なアルカノールアミンの例には、合計で炭素数１０以下の、２５０℃よりも低い標準沸点を有する、第一級、第二級及び第三級アミノアルコールが含まれる。具体例には、第一級アミノアルコール、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、１−アミノブタン−２−オール、２−アミノブタン−１−オール、３−アミノ−３−メチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−アミノ−１−ブタノール、２−アミノ−２−エチル−１−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−３−ペンタノール、２−アミノ−２−メチル−１−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−ペンタノール、３−アミノ−３−メチル−１−ブタノール、３−アミノ−３−メチル−２−ブタノール、２−アミノ−２，３−ジメチル−１−ブタノール並びに第二級アミノアルコール、例えばジエタノールアミン（ＤＥＡ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）、２−（プロピルアミノ）−エタノール、２−（イソプロピルアミノ）−エタノール、２−（ブチルアミノ）−エタノール、１−（エチルアミノ）−エタノール、１−（メチルアミノ）−エタノール、１−（プロピルアミノ）−エタノール、１−（イソプロピルアミノ）−エタノール及び１−（ブチルアミノ）−エタノール並びに第三級アミノアルコール、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）及びメチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）が含まれる。
【００６７】
その代わりに、シフトされた合成ガス中の二酸化炭素は、物理的吸収方法によって除去することができる。適切な物理的吸収溶媒の例は、メタノール及びその他のアルカノール、炭酸プロピレン及び他の炭酸アルキル、２〜１２個のグリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル及びこれらの混合物（一般的に、セレキソール（登録商標）溶媒の商品名で知られている）、ｎ−メチルピロリドン並びにスルホランである。物理的及び化学的吸収方法は、吸収剤としてスルホラン及びアルカノールアミンを使用するスルフィノール（登録商標）プロセス又は吸収剤としてアミンとメタノールとの混合物を使用するアミソール（登録商標）プロセスによって例示されるように、協力して、使用することができる。化学的合成要求のために必要な場合、化学的又は物理的吸収プロセスに、最終二酸化炭素除去のための追加の方法を続けることができる。最終二酸化炭素除去プロセスの例は、圧力又は温度スイング(pressure or temperature-swing)吸着プロセスである。
【００６８】
特別の化学合成プロセスのために必要なとき、供給ガス中の二酸化炭素の、典型的に少なくとも６０％、更に典型的に少なくとも８０％を、酸性ガス除去プロセスに於いて除去することができる。例えば、本発明の方法は、更に、シフトされた合成ガスをメタノール触媒と接触させる前に、合成ガス流中の気体の全モル数基準で、０．５〜１０モル％の二酸化炭素濃度を与えるように、シフトされた合成ガス流から二酸化炭素を除去することを含む。別の例に於いて、二酸化炭素は、シフトされた合成ガス流から、２〜５モル％の濃度まで除去することができる。硫黄除去技術及び二酸化炭素除去技術の多くは、硫黄及び二酸化炭素の両方を除去することが可能である。従って、硫黄及び二酸化炭素除去工程は、当該技術分野で公知の手段によって、選択的に（即ち、実質的に分離した生成物流で）又は非選択的に（即ち、一つの一緒にした生成物流として）、硫黄及び二酸化炭素を同時に除去するように、一緒に統合することができる。
【００６９】
酸性ガス除去プロセスは、そこで利用される特定の酸性ガス除去技術によって要求されるとき、粗製合成ガスの温度を低下させるために、前記のように、ガス冷却工程によって先行させることができる。合成ガスからの熱エネルギーは、当該技術分野で公知の手段によって、冷却列内のスチーム発生により回収することができる。ガス冷却ゾーンは、任意に、微量の不純物、例えばアンモニア、塩化水素、シアン化水素、微量金属、例えば水銀、ヒ素等の除去又は反応のための、他の吸収、吸着又は凝縮を含んでいてよい。ガス冷却ゾーンは、任意に、水との反応により、硫化カルボニルを硫化水素及び二酸化炭素に転化するための反応工程を含んでいてよい。
【００７０】
シフトされた合成ガス流をメタノール反応器に通し、そこで、シフトされた合成ガス流の全体積基準で、流れの１００体積％以下を、水素及び一酸化炭素をメタノールに転化させるために有効な触媒と接触させることができる。高いＨ2：ＣＯモル比を有するシフトされた合成ガス流を、他のシフトされていない合成ガス流とブレンドして、Ｈ2：ＣＯモル比を所望のレベルに調節することができる。本明細書中に使用する用語「有効な」は、当業者に公知であり、商業ベースで広く実施されているメタノール合成プロセスの任意の形式を使用して、触媒が、メタノール反応器を通る１回の通過当たり、シフトされた合成ガス流中に存在する一酸化炭素の少なくとも１モル％をメタノールに転化することができることを意味する。例えば、殆どの商業的なメタノールプロセスは、気相で２５〜１４０絶対バールの圧力範囲で、使用する技術に依存する種々の銅系触媒システムを使用して運転する。多数の異なった最新の技術、例えばＩＣＩ（Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）プロセス、ルルギプロセス、Ｈａｌｄｏｒ−Ｔｏｐｓｏｅプロセス及び三菱プロセスが、メタノールを合成するために知られている。シフトされた合成ガス流は、前記のように、固定床メタノール反応器内で又は液体スラリー相メタノール反応器内で、触媒と接触される。
【００７１】
ピーク電力需要の期間に、加湿された合成ガス流を、電力生産プロセスに通過させて、電気を生産することができる。前記のように、電力生産プロセスは、複合サイクルシステム及び当該技術分野で公知であり、前に記載された、基本的複合サイクル運転での変形の任意の１種からなっていてよい。例えば、電力生産プロセスは、統合ガス化複合サイクル（本明細書に於いて、「ＩＧＣＣ」と略称する）電力プラントを含んでいてよい。
【００７２】
本発明は、また、
（ａ）炭素質材料を酸化剤流と反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び硫黄含有化合物を含む原合成ガス流を製造するためのガス化装置、
（ｂ）工程（ａ）の原合成ガス流を、希釈剤と一緒にして、希釈された合成ガス流を製造するための希釈区画（ここで、原合成ガスと一緒にする希釈剤の量は、ピーク及び非ピーク電力需要に応じて選択する）、
（ｃ）工程（ｂ）の希釈された合成ガス流を、熱交換プロセスによって冷却するための熱交換区画、
（ｄ）工程（ｃ）の冷却された合成ガス流を、液体の水と接触させて、０．２：１〜４：１のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を有する加湿された合成ガス流を製造するための水急冷区画、
（ｅ）加湿された合成ガス流の１００体積％以下を、追加の水素及び二酸化炭素を含むシフトされた合成ガス流に転化するための、水性ガスシフト反応区画、
（ｆ）非ピーク電力需要の期間に、シフトされた合成ガス流の１００体積％以下を、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、オキソアルデヒド、アンモニア、メタン、フィッシャー−トロプシュ生成物及びこれらの組合せから選択された化学製品に転化するための、化学品製造区画並びに
（ｇ）ピーク電力需要の期間に、工程（ａ）からの加湿された合成ガス流の１００体積％以下を電力に転換するための、燃焼タービンを含む電力生産区画
を含んでなる、合成ガスから電力及び化学品を共生産するためのシステムを提供する。上記のシステムは、前記のような、ガス化装置、合成ガス流、酸化剤流、炭素質材料、希釈剤、熱交換器、水：一酸化炭素モル比、水急冷システム、化学製品、酸性ガス除去プロセス及び電力生産プロセスの種々の態様を含むと理解される。
【００７３】
本発明の方法の一つの態様を、図１に示すブロックフローダイヤグラムを特に参照して示すことができる。以下の説明は限定されると意図されないこと及び図１に示される方法の他の変形が可能であり、本発明内で意図されることが、本明細書に示す説明から当業者に容易に明らかであろう。図１に記載する態様に於いて、酸化剤流２及び製造された炭素質供給原料１を、ガス化装置４の中に導入し、ガス化装置内で酸化剤が消費され、供給原料が、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水、溶融した無機物質、未反応の炭素質供給原料及び種々の不純物、例えば硫黄含有化合物を含む原合成ガス（シンガス）流３に実質的に転化される。
【００７４】
このプロセスに於いて使用するために意図されたガス化装置は、１〜１０３絶対バール（本明細書に於いて「ｂａｒａ」として省略する）及び４００℃〜２０００℃の圧力及び温度の範囲（好ましい値は２１〜８３ｂａｒａの範囲及び５００℃〜１５００℃の温度である）に亘って運転することができる。そこに使用する炭素質又は炭化水素系供給原料及び原合成ガスを発生させるために利用されるガス化装置の形式に依存して、供給原料の製造には、粉砕並びに乾燥及び適切な流体（例えば水、有機液体、超臨界又は液体二酸化炭素）中での粉砕した供給原料のスラリー化の１個又はそれ以上の単位操作が含まれてよい。酸化して合成ガスを製造することができる典型的な炭素質又は炭化水素系材料には、これらに限定しないが、石油残渣、瀝青質、亜瀝青質及び無煙性石炭及びコークス、褐炭、オイルシェール、オイルサンド、泥炭、バイオマス、石油精製残渣、石油コークス、アスファルト、真空蒸留残渣、重油が含まれる。
【００７５】
酸化剤流２は、当該技術分野で公知の任意の方法、例えば空気の極低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離又はこれらの任意の組合せによって製造することができる。酸化剤流の純度は、典型的には、少なくとも９０体積％の酸素であり、例えば酸化剤流は、少なくとも９５体積％の酸素又は他の例に於いて少なくとも９８体積％の酸素を含んでいてよい。任意的に、この酸化剤流にスチームを添加して、部分酸化バーナーの周辺に於ける温度を緩和させることができる。
【００７６】
典型的には１０００〜１５００℃の温度である流れ３の原合成ガスは、希釈区画６に輸送され、希釈剤流５と一緒にされて、希釈された合成ガス流７を生成する。希釈剤流５は、水、循環された加湿された合成ガス流、即ち、加湿されたガス流１５の一部若しくはその中の誘導体又は冷却及び急冷操作の条件下で不活性である他の物質を含んでいてよい。不活性物質の例には、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、下流の化学製造区画からのテールガス及び酸素枯渇した燃焼スタックガスが含まれる。好ましくは、流れ５は水からなる。
【００７７】
流れ５の流量は、加湿された合成ガス流１５の所望のＨ2Ｏ：ＣＯモル比によって指定される。典型的には、流れ５の流れ３に対するモル流量の比は、０．０：１．０〜１．０：１．０、更に典型的には０．０：１．０〜０．５：１．０、なお更に典型的には０．０：１．０〜０．２５：１．０であろう。流れ５の流れ３に対するモル流量の比が低いほど、加湿された合成ガス流１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比が低い。
【００７８】
流れ５の温度も、加湿された合成ガス流１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比に影響を与える。流れ５の温度が低下するとき、加湿された合成ガス流１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比も低下する。流れ５が温度調節剤として機能するために、流れ５の温度は、原合成ガス流３の温度よりも低いことが望ましい。好ましくは、流れ１５の温度は、流れ３の温度よりも実質的に低い。例えば流れ１５の温度は、１０〜３６０℃又は他の例に於いて３０〜３００℃である。
【００７９】
流れ５は、流れの流量を制御することに付随する任意の圧力低下及び混合プロセスに付随する全ての圧力低下を克服するために十分である圧力であることが望ましい。従って、流れ５の圧力は、少なくとも流３の圧力と同様の大きさであり、更に典型的に、流れ３の圧力よりも少なくとも０．１〜少なくとも１０ｂａｒａほど大きい。
【００８０】
合成ガス流７からの顕熱エネルギーの一部は、当該技術分野で公知の手段によって、ガス冷却区画１０内でのスチーム発生により回収されて、冷却された合成ガス流１１を製造することができる。ガス冷却区画１０は、以下の形式の熱交換器、即ちスチーム発生熱交換器（即ち、ボイラー）（ここでは、熱は合成ガスから沸騰水に移動される）、スチーム過熱器を含む気体−気体相互交換器及びボイラー供給水交換器の何れか又は全てを含んでいてよい。ガス冷却区画１０内での熱移動は、放射及び／又は対流熱移動機構によって起こるであろう。複数のスチーム圧力を作り、ボイラー供給水を加熱し、そして過熱する複数の熱交換器の使用は、本発明の範囲内であると意図される。ガス冷却区画１０内で発生したスチームは、導管９から出る。導管９は、異なった圧力の１種又はそれ以上のスチーム製品を具体化することができることが理解される。スチーム発生のために必要なボイラー供給水は、導管８を経てガス冷却１０に入る。導管８は、スチーム発生のために必要なとき、異なった圧力及び温度の１種又はそれ以上のボイラー供給水流を具体化することができることが理解される。複数のボイラー供給水熱交換器の使用が、本発明の範囲内であると意図される。複数の熱移動装置を、同じ容器又はシェル内に物理的に配置できることが、本発明の範囲内であると意図される。
【００８１】
混合区画６を、ガス冷却区画１０を含む熱交換装置内に物理的に配置することができる。混合区画６は、２個の流れを導入し、混合するための、当該技術分野で公知の任意の手段からなっていてよい。例は、スプレーリング、アトマイザー、バッフル、衝突デバイス及び他の混合装置、例えばスタティックミキサーである。
【００８２】
冷却された合成ガス流１１は急冷区画１６に入り、そこで、この流れは、導管１２を経た急冷水の流入によって維持された水レザーバーと直接接触される。急冷区画１６内で、流入する冷却された合成ガス１１は顕熱を放出し、急冷水１２と接触したとき更に冷却される。この顕熱は、急冷水の温度を上昇させ、急冷水の一部を蒸発させ、そうして合成ガスを加湿するように機能し、ここで、加湿された合成ガスは、導管１５を経て出る。
【００８３】
急冷区画内で蒸発しなかった急冷水の残りの部分は、導管１３を経て出、そして水、可溶性無機含有物、即ち塩、微細に分割された未反応の炭素質材料、溶解した合成ガス成分及び他の無機微細物を含んでいてよい。
【００８４】
固化した無機含有物、即ちスラグは、急冷区画から導管１４を経て出る。典型的には、導管１４を経て出る湿ったスラグは、少なくとも２５重量％の水、更に典型的には５０重量％の水を含む。このスラグは、また、未反応の炭素、硫黄及び微量の金属を含んでいてよい。典型的には、このスラグは、回分式で急冷区画から廃棄される。
【００８５】
導管１２を経て急冷リザーバーへの水の流及び工程（ｃ）の冷却された合成ガスの残りの顕熱は、流出する合成ガスが、所望のＨ2Ｏ：ＣＯモル比にまで加湿されるように、急冷水の一部を蒸発させるために十分である。導管１２を経る水の流量が、液体の水が、任意の時間で急冷リザーバー内に留まるように十分であることが有利である。従って、導管１２を経る水の流量が、急冷水１２と接触し混合する際に冷却された合成ガス１１によって放出される顕熱含有量が、ガス冷却区画１０内の圧力条件で、急冷水１２の全てを蒸発させるために必要なものよりも小さいようなものであることが望ましい。例えば、急冷水１２の７５％未満が、冷却された合成ガス１１と接触する際に蒸発してよい。別の例に於いて、急冷水１２の５０％未満が、蒸発してよい。
【００８６】
本発明中に介在する原理は、下記の実施例によって更に示される。導管５を経る流量を増加させることは、得られる混合流７の温度を低下させる傾向がある。熱移動の大きさは、プロセス流体（即ち合成ガス流７）の温度と、熱移動媒体温度（例えば発生するスチームの温度）との間の差に比例するので、流れ５の添加によって合成ガス７の温度を調節することは、ガス冷却区画内で達成可能な速度及び正味熱移動を下げ、ガス冷却区画１０内の冷却された合成ガス流１１から、より少ない顕熱含有量が除去される。次いで、流れ１１のこの追加の顕熱含有量は、急冷区画１６内で急冷水１２の方に移動され、急冷水１２のより大きい部分の蒸発になる。従って、加湿された合成ガス流１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比が増加する。更に、放射熱移動は、それぞれ第四の力に対する、ガス温度と熱シンク温度（即ち、スチーム発生温度）との間の差に比例するので、放射冷却器内の熱流束は、ガス温度が、ヒートシンク温度の方に低下するとき、急速に低下し、ガス冷却区画１０内の正味熱移動に於ける大きい差になる。従って、流れ７の温度に於ける比較的小さい変化は、熱移動の放射モードが、ガス冷却区画１０内で優位を占めるとき、流れ１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比への相応に大きい影響を有する。
【００８７】
同様の様式に於いて、導管１５の流量が減少する場合、合成ガス流７はより熱く、より多くの熱が、ガス冷却区画１０内で除去されるであろう。次いで、加湿されたガス流１５の水含有量は減少するであろう。流れ１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、流れ１２の温度及び流量並びにより低い程度まで、ガス冷却区画１０内で使用される熱移動媒体の温度（例えばスチーム又はボイラー供給水温度）によって、更に影響を受けるであろう。
【００８８】
従って、流れ５及び１２の温度及び流量並びにガス冷却区画１０内の熱移動媒体の温度を変化させることによって、加湿された合成ガス流１５のＨ2Ｏ：ＣＯモル比を、広範囲、例えば、１．０：１〜３：１に亘って変化させることができる。加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯモル比に於ける変化は、容易に、正確にそして時間変化する下流の合成ガスの要求に適合するための迅速な様式で、過度の装置及び資本負担無しに制御することができる。更に、加湿された合成ガスの低いＨ2Ｏ：ＣＯモル比が下流で要求される期間（即ち、ピーク電力発生の間）の間、スチーム発生を最大にすることができ、下流の合成ガスの要求がより高いＨ2Ｏ：ＣＯモル比についてであるとき（即ち、メタノール製造）、スチーム発生を減少させることができる。
【実施例】
【００８９】
全般
本発明のより良き理解は、下記に示す実施例に特に関連して与えられる。例１〜１６について、熱及び物質収支計算は、本発明の面を示すプロセスシミュレーションソフトウエアを使用して実施した。温度、圧力、流量についての値は、当該技術分野で公知であり、標準工学教科書、例えば、Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、第６版、ニューヨーク、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ、１９８４年に記載されている、標準蒸気−液体平衡式及び熱移動式を使用して計算した。下記の予言的ガス組成は、示したガス化条件から予想される。６１．４６重量％の炭素、１２．３％の灰分、４．８３％の硫黄、１２％の水、４．３７％の水素、３．８７％の酸素、１．０３％の窒素及び０．１４重量％の塩素の予想組成を有するイリノイ石炭＃６を、水でスラリー化して、石炭固体６４％の見掛けスラリー濃度を得た。この石炭スラリーを、ＣＯ、水素、一酸化炭素及び水を含む原合成ガスを製造するガス化装置に、受け入れられたとき石炭１ポンド当たり、０．８６ポンドの酸素と共に供給する。ガス化装置の予想出口条件は、１２６０℃及び４５ｂａｒａである。原合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯモル比は、０．５１：１であると予想される。Ｈ2：ＣＯモル比は、０．７７：１であると予想される。原合成ガスのＣＯ2：ＣＯモル比は、０．３７：１であると予想される。
【００９０】
例１〜１６に於いて、下記の用語を使用する。
希釈剤比＝希釈剤対スラグ非含有原合成ガスのモル比
ΔＨGC＝ガス冷却ゾーン内で原合成ガスから除去される顕熱
ＴGCin＝ガス冷却ゾーンの入口での原合成ガスの温度
ＴGCout＝ガス冷却ゾーンの出口での冷却された合成ガスの温度
ＴQuench＝急冷ゾーンの出口での加湿されたガスの温度
ＴD＝希釈剤の温度
急冷比＝急冷水対スラグ非含有原合成ガスのモル比
【００９１】
例１〜５
例１〜５は、希釈剤が水であるとき、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯ比への、希釈剤流量を変化することの影響を示す。例１〜５について、水希釈剤を原合成ガスと一緒にし、ガス冷却器内の熱交換に付し、水で急冷して、加湿された合成ガスを製造する。ガス冷却器は、０．７４：１の希釈剤対原合成ガスモル比で、合成ガスから７５４２ＢＴＵ／ポンドモル／時の顕熱を除去するように設計されている。急冷水流量及び水希釈剤流量の合計対原合成ガスの流量のモル比を、２．０７：１で一定に維持する。急冷水及び水希釈剤温度は、全ての場合に、計算した急冷温度よりも低く、２７℃であると推定される。水希釈剤対原合成ガスのモル流量の比は、０：１〜０．３０：１まで変化させる。熱及び物質収支計算の結果を、表Ｉに要約する。
【００９２】
【表１】
2009519891.tif 000003
【００９３】
例６〜８
例６〜８は、希釈剤が水であるとき、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯ比への、希釈剤温度を変化することの影響を示す。例６〜８について、水希釈剤を原合成ガスと一緒にし、ガス冷却器内の熱交換に付し、水で急冷して、加湿された合成ガスを製造する。急冷水流量及び水希釈剤流量の合計対原合成ガスの流量のモル比を、２．０７：１で一定に維持する。急冷水の温度は、全ての場合に、計算した急冷温度よりも低く、２７℃であると推定される。熱及び物質収支計算の結果を比較のための例４と共に、表IIに要約する。
【００９４】
【表２】
2009519891.tif 000004
【００９５】
例９〜１３
例９〜１３は、急冷水流量を変化させることによる、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯ比の制御を示す。希釈剤流量を変化させるように有効ではないが、急冷水を変化させることは、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯモル比への影響を有する。例９〜１３について、原合成ガスを、ガス冷却器内の熱交換に付し、水で急冷して、加湿された合成ガスを製造する。ガス冷却器は、添加した希釈剤無しで、合成ガスから８８６４ＢＴＵ／ポンドモル／時の顕熱を除去するように設計されている。急冷水流量対原合成ガスの流量のモル比を、２．１５：１〜０．５０：１の間で変化させる。急冷水温度は、全ての場合に、計算した急冷温度よりも低く、２７℃であると推定される。熱及び物質収支計算の結果を表IIIに要約する。
【００９６】
【表３】
2009519891.tif 000005
【００９７】
例１４〜１６
例１４〜１６は、希釈剤が循環された加湿された合成ガスであるとき、加湿された合成ガスのＨ2Ｏ：ＣＯ比への、希釈剤流量を変化することの影響を示す。例１４〜１６について、循環された加湿された合成ガス（Ｈ2Ｏ：ＣＯモルは、出口加湿されたガスのものと同一である）を原合成ガスと一緒にし、ガス冷却器内の熱交換に付し、水で急冷して、加湿された合成ガスを製造する。ガス冷却器は、０：１の希釈剤対原合成ガスモル比で、合成ガスから８８６４ＢＴＵ／ポンドモル／時の顕熱を除去するように設計されている。急冷水流量対原合成ガスの流量のモル比を、２．０７：１で一定に維持する。急冷水温度は、全ての場合に、計算した急冷温度よりも低く、２７℃であると推定される。希釈剤合成ガス対原合成ガスのモル流量の比は、０：１〜１：１まで変化させる。熱及び物質収支計算の結果を表IVに要約する。
【００９８】
【表４】
2009519891.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】加湿された合成ガスを製造する本発明の一つの態様を示す、図解フローダイヤグラム。
【図１】
2009519891.tif 000007
【国際調査報告】
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2009519891.tif 000009
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