(57)【要約】ＩＧＣＣプロセスの燃焼タービン（２００）での燃料として使用されるシンガス（２）は最高で３５０°Ｆ程度にまで加熱された後に燃焼器（１６）に供給される。非可燃性の希釈用ガス（１０）をシンガスに混合し、またガスタービンの燃焼器に供給される原料ガスの全発熱量を増加するために高発熱量の追加的な燃料ガスもシンガスに混合する。同原料シンガスの温度は低く、従って燃焼タービンに供給されるその質量流量は増加しその潜熱が増加するので、低温であることに起因する潜熱の減少分は相殺される。
2005502811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと希釈用ガスの混合物を同混合物の露点より１００°Ｆ〜２００°Ｆ程度高い温度まで加熱しそれをガスタービンの燃焼器に供給することを包含するプロセス。
【請求項２】
前記混合物を最高で３５０°Ｆ程度にまで加熱することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記燃料ガスがガス化反応器で生成するシンガスであることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項４】
液体炭化水素燃料がガス化反応器中で遊離酸素含有のガスおよび温度調節剤と反応して前記シンガスを生成することを特徴とする請求項３記載のプロセス。
【請求項５】
前記シンガスが酸性ガス除去装置で処理されることを特徴とする請求項４記載のプロセス。
【請求項６】
前記希釈用ガスが、窒素、二酸化炭素および水蒸気からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項７】
前記希釈用ガスが、空気分離装置で製造される窒素であることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項８】
前記混合物が更に高発熱量ガスを含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項９】
前記高発熱量ガスが天然ガスであることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１０】
前記混合物が更に空気を含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１１】
前記燃焼器での生成物が高温排ガスであり、該高温排ガスが熱回収用スチームジェネレーターで処理されて該熱回収用スチームジェネレーター内でスチームを発生することによりその温度が低下されることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１２】
前記スチームが膨張して電力を生産することを特徴とする請求項１１記載のプロセス。
【請求項１３】
前記燃焼器での生成物が高温排ガスであり、該高温排ガスがエキスパンダー内で膨張して電力を生産することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１４】
前記エキスパンダーが空気を圧縮するために使用されるターボ圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
【請求項１５】
前記ターボ圧縮機からの圧縮空気の一部が燃焼器に注入されることを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項１６】
前記ターボ圧縮機からの圧縮空気の一部が水蒸気を加熱してスチームを発生することを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項１７】
前記スチームがガス化反応器での温度調節剤として使用されることを特徴とする請求項１６記載のプロセス。
【請求項１８】
前記スチームが発電のために使用されることを特徴とする請求項１６記載のプロセス。
【請求項１９】
前記ターボ圧縮機からの圧縮空気の一部が燃料ガスの加熱に使用ことを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項２０】
前記ターボ圧縮機からの圧縮空気の一部が空気分離装置に供給され、該空気分離装置が空気を酸素ストリームと窒素ストリームに分離することを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項２１】
前記窒素が、前記空気分離装置に供給される前記ターボ圧縮機からの圧縮空気の一部により、それが該ターボ圧縮機に供給される前の段階で加熱されることを特徴とする請求項２０記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガス化複合発電（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｃｙｃｌｅ，ＩＧＣＣ）システムは、燃料源をガス化して発電するために世界中で使用されている。この種のシステムでは、水素含有の炭素系燃料を遊離酸素含有のガスにより部分酸化してＨ2、ＣＯ、ＣＯ2およびＨ2Ｏを含む原料合成ガス（シンガス）を製造する。同システムでは、典型的にはガス化反応器の急冷ゾーンにおいて温度調節剤（例えばスチーム）を使用する。
【背景技術】
【０００２】
製造されたシンガスは水で急冷され、典型的には約４５０〜５５０°Ｆの温度、また典型的には約７００〜１５００ｐｓｉａの圧力下でシンガスで飽和されたスチームを生成する。この種のプロセスのより詳細については、例えば米国特許番号５，３４５，７５６を参照されたい。
【０００３】
製造されたシンガスは次いで一般的には４０〜１４０°Ｆにまで冷却され、シンガス・ストリームからＨ2ＳおよびＣＯＳを除去するための物理的あるいは化学的な溶剤を使用する酸性ガス除去装置により精製される。精製されたシンガスは希釈用ガス（例えば窒素ガスあるいは水蒸気）と合流した後、発電用ガスタービンの燃焼器に供給される。大量の希釈用ガスの使用により発電量は増加し、またガスタービン燃焼器内でのシンガス燃焼の結果としてのＮＯｘガスの発生が抑制される。先行技術によるＩＧＣＣプロセスにおいては、シンガス／希釈用ガスの混合物を達成可能な温度（通常は３５０〜１０００°Ｆの間）にまで加熱してから発電用ガスタービンの燃焼器に供給するのが好ましい。この加熱は通常は高圧あるいは低圧のスチームによってなされる。シンガス燃焼の結果発生する化学的エネルギーは、過熱を通じてシンガス／希釈用ガスの混合物に与えられる熱エネルギーに追加される。燃焼からの高温ガスは、同ガスから放出されるエネルギーを電気に転換するためのエキスパンダー／ジェネレーターに供給される。
【０００４】
空気／窒素を使用するＩＧＣＣシステムは、総合効率を最大化する運転の潜在性により通常は好ましい。空気は、ガスタービンでの空気圧縮機（通常は上記の燃焼ガスエキスパンダーと同一軸に取り付けられる）により圧縮される。圧縮空気の一部は、ガスタービンの燃焼器でのシンガス燃焼のための燃焼空気として使用される。残りの圧縮空気（すなわち抽出された空気）は、ガスタービンでの希釈用ストリームにより冷却され、ガス化工程に供給される酸素とガスタービン希釈用の窒素を製造する空気分離装置（ａｉｒ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ，ＡＳＵ）に供給される。
【０００５】
最後に、ガスタービンからの廃熱は、一般的にはスチーム発生のために使用される（通常は熱回収用スチームジェネレーター（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｈｅａｔ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＨＲＳＧ）により）。発生したスチームは、一般的にはガス化装置での温度調節剤あるいはガスタービンに原料として供給されるシンガス／希釈用ガスの混合物の過熱のために使用され、残りのスチームは一般的にはスチームタービンに供給され追加的な電力を発生する。このような一般的な先行技術プロセスから派生するプロセスは米国特許番号５，７１５，６７１、５，３４５，７５６、５，１１７，６２３および５，０７８，７５２に開示されている。
【０００６】
前述したように、先行技術によるＩＧＣＣプロセスにおいては、シンガス／希釈用ガスの混合物を達成可能な温度にまで加熱してから発電用ガスタービンの燃焼器に供給するのが好ましい。例えば、米国特許番号５，７１５，６７１では、シンガスを３９０℃（７３４°Ｆ）にまで加熱してからガスタービンに供給する。米国特許番号５，３４５，７５６では、シンガスを３５０°Ｆ（１７７℃）〜１０００°Ｆ（５３８℃）にまで処理してから燃焼器に供給する。米国特許番号５，１１７，６２３では、シンガスを２００℃（３９２°Ｆ）にまで加熱してからガスタービンに供給するのを好ましい態様に挙げている。米国特許番号５，０７８，７５２では、シンガス温度は１，８００°Ｆ〜１，９００°Ｆであり、２，０００°Ｆ〜２，３００°Ｆにまで上昇できる可能性があると議論している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シンガスはしばしばスチームによって加熱される。従って、シンガスを加熱したスチームは追加的な発電を行うスチームタービン用には使用できない。更に、周囲温度が高い場合には、燃焼タービンでの発電量を増加させるためにシンガスへの追加的な量のスチームの注入が望ましいこともある。ただし、追加的な量のスチームの注入により火炎安定性が許容できないほど低下する。高周囲温度での電力価格は低周囲温度に比べて１００倍程度まで上昇する可能性があるので周囲温度が高い条件下で発電能力を最大化することが経済的に重要である。従って、スチームタービンでの発電用のスチーム量を増加するために、シンガスをスチームで予熱することなく低温状態でガスタービンに供給するＩＧＣＣプロセスの開発が望ましいと言えよう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要約
本発明はシンガスと希釈用ガスを露点より１００°Ｆ〜２００°Ｆ程度高く、また最高で３５０°Ｆ（１７７℃）程度にまで加熱するプロセスに関する。高発熱量の追加的な燃料（例えば天然ガス）をシンガスに加えればガスタービン燃焼器への原料ガス全体の発熱量は増加する。シンガス／希釈用ガス混合物からなる原料ストリームの温度が低いので、ガスタービン発電量を確保するためには天然ガスと希釈用ガスの流量を増加する必要がある。燃焼器内での有害なＮＯｘガス生成量を低減するためには希釈用ガスの注入は必要ではあるが、これによって火炎の安定性が損なわれる。天然ガスの追加により発熱量を増加して燃焼器内の火炎を安定させればシンガス中への希釈用ガスの注入が可能になる。
【０００９】
シンガス／希釈用ガスの混合物からなる原料ストリームは、先行技術によって開示される温度までには加熱されないので、原料ストリームの加熱に使用される余剰ストリームはスチームタービンによる発電に使用可能となり、ＩＧＣＣプロセスでの個々の装置および全体での発電量は増加する。
【００１０】
本発明の他の目的は抽出された空気の使用の代案を提供することである。空気分離装置により製造される窒素は希釈用ガスとして使用されているが、通常は２８０°Ｆ（１３８℃）程度の温度で供給されており、また通常はガスタービン燃焼器に供給されるシンガスと同程度の温度にまで加熱される。この温度は、通常は３５０°Ｆ（１７７℃）〜１０００°Ｆ（５３８℃）の範囲内であり、またそれ以上の場合もある。本発明においては、希釈用ストリームは露点より１００°Ｆ〜２００°Ｆ程度高く、また最高で３５０°Ｆ（１７７℃）程度にまで加熱するだけでよい。抽出された空気からの熱の大半はガスタービンでの希釈用ガスの加熱には使用されず、低〜中圧スチームの製造に使用可能である。この追加的な量のスチームは、ガス化装置で使用可能であり、それによってスチームタービンでの発電に使用されるＨＲＳＧからのスチームの生産量を増加できる。
【００１１】
スチームタービンでの発電量の増加により、ＩＧＣＣプロセスでの全発電量は５〜１０％増加する。
【００１２】
実施態様の説明
本発明においては、最初に炭素系燃料を手当てし、それに前処理を施した後にガス化反応器に供給する。炭素系燃料は、シンガス製造のためのガス化プロセスでの原料として使用可能な可燃性有機物質であり、固体、液体あるいは気体のいずれも問わない。ガス化プロセスでの原料は通常は水素含有炭素系物質であり、これはガス化反応のための水素・炭素源を提供する通常は有機性の１種あるいは複数の物質からなっている。水素含有炭素系物質は気体、液体あるいは固体のいずれでもよく、また要望によってはこれらの組み合わせ（例えば、流動状態にある気液組成物）でもよい。
【００１３】
原料はその組成および物理的性状によっては必ずしも前処理を必要とはしない。固体の炭素系燃料は、一般的には、油あるいは水と混合されて液状状態でガシファイヤ（ガス化反応器）に供給される必要がある。液体あるいは気体の炭素系燃料は直接的にガシファイヤに供給されるのが望ましい場合があるが、それでも原料中に存在している可能性があるどのような不純物でもそれを除去するために前処理を受けて差し支えない。
【００１４】
本明細書において各種の適切な原料を記述する際に使用される液体の水素含有炭素系燃料とは、ポンプ移送可能な液体炭化水素物質、固体炭素系物質をスラリー化してポンプ移送可能にしたもの、およびそれの混合物を包含している。例えば、固体炭素系燃料をポンプ移送可能にするために水性溶媒でスラリー化したものは望ましい原料である。実際、可燃性の含炭素液体有機物質あるいはそれのスラリーの事実上全てのものは「液体の水素含有炭素系物質」の範疇に分類可能である。これらを以下に例示する。
【００１５】
（１）ポンプ移送可能な固体炭素系燃料スラリー：例えば、石炭、粒状炭素、石油系コーク、濃縮下水スラッジおよびそれらの混合物の水、液体ＣＯ2、液体炭化水素燃料およびそれらの混合物といった揮発性液体キャリヤーによるスラリー；
【００１６】
（２）ガシファイヤへの原料として適切な多種類の液体炭化水素燃料：例えば、液化石油ガス、石油留出油および残渣、ガソリン、ナフサ、ケロシン、原油、アスファルト、ガスオイル、残油、タールサンドオイルおよびシェールオイル、石炭油、芳香族炭化水素（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン留分）、コールタール、流動接触分解からのサイクルガスオイル、フルフラールにより抽出されたコーカーガスオイル、ならびにそれらの混合物；
【００１７】
（３）更に以下の物質が液体の水素含有炭素系範疇に入る：酸素含有の水素含有炭素系有機物質：例えば炭水化物、セルロース系物質、アルデヒド、有機酸、アルコール、ケトン、酸素含有燃料油、廃液、酸素含有の水素含有炭素系有機物質を含む化学プロセスから副生成物、ならびにそれらの混合物。
【００１８】
それ自身あるいは液体の水素含有炭素系燃料と共に部分酸化ガシファイヤで燃焼可能な気体の水素含有炭素系燃料としては、蒸発した液化天然ガス、製油所オフガス、炭素数が１〜４の水素含有炭素系の気体および化学プロセスからの炭素含有廃棄物が挙げられる。
【００１９】
原料前処理完了後（それが実施される場合）、炭素系燃料はガス化反応器（ガシファイヤ）に供給される。ガシファイヤにおいて、炭素系燃料は反応性の遊離酸素含有ガスと反応する。本明細書で使用される遊離酸素含有ガスとは空気、酸素富化空気（酸素濃度が２１モル％超の空気）および実質的な純酸素（酸素濃度が９０モル％超の空気−残りは通常はＮ２と希ガス）を意味する。例えば空気分離装置（ＡＳＵ）により製造される実質的な純酸素が好ましい。ガス化ゾーンでの水素含有炭素系物質の部分酸化（好ましくはスチームのような温度調節剤の存在下で実施される）が完了すれば、合成ガス（シンガス）が生成する。本明細書においてはシンガスと合成ガスは同意語である。
【００２０】
ガシファイヤ（ｇａｓ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）内の反応ゾーンでの温度制御のための温度調節剤使用の必要性は、一般的には原料の炭素／水素比および酸化剤ストリームの酸素濃度に依存する。液体炭化水素燃料を実質的な純酸素でガス化する際には、一般的には温度調節剤が使用される。水あるいはスチームが好ましい温度調節剤である。温度調節剤としてのスチームは、反応物質のいずれかあるいは両方と合流した状態で供給してよい。代案として、温度調節剤は独立した原料注入管によりガシファイヤ内の反応ゾーンに供給してもよい。その他の温度調節剤として高ＣＯ2濃度のガス、窒素、再循環された合成ガスが挙げられる。
【００２１】
ガス化反応器は一般的には反応ゾーンを有しており、これは耐火性物質で内張りされた垂直円筒型の鋼鉄製高圧容器とクエンチ・チャンバーで構成されている。クエンチ・チャンバーは例えば、米国特許番号２，８０９，１０４に開示されており、本明細書で参照されている。原料ストリーを反応ゾーンに注入するためには、例えば米国特許番号２，９２８，４６０に開示されている原料注入器が使用できる。同注入器は本明細書で参照されている。ガシファイヤ内の反応ゾーンでは、内容物は一般的には１，７００°Ｆ（９２７℃）〜３，０００°Ｆ（１６４９℃）程度の範囲、より典型的には２，０００°Ｆ（１０９３℃）〜２，８００°Ｆ（１５３８℃）程度の範囲内の温度に達する。反応圧力は、典型的には１気圧（１０１ｋＰａ）から２５０気圧（２５，３３１ｋＰａ）程度の範囲内、より典型的には１５気圧（１，５２０ｋＰａ）から１５０気圧（１５，１９９ｋＰａ）程度の範囲内、更により典型的には６０気圧（６，０８０ｋＰａ）から８０気圧（８，１０６ｋＰａ）程度の範囲内にある。部分酸化での原料注入器アセンブリーを開示している米国特許番号３，９４５，９４２、有機物質ガス化の方法および装置を開示している米国特許番号５，６５６，０４４、先行技術による多くのガス化プロセスのいくつかを記載している米国特許番号５，４３５，９４０、４，８５１，０１３および４，１５９，２３８を参照されたい。上記の全引用特許文献での記載事項は、本明細書において信頼できる情報として参照されている。
【００２２】
ガス化プロセスでの高温生成物としての合成ガス（シンガス）は主として一酸化炭素と水素から成り立っている。合成ガス中にしばしば存在するその他の物質の中には、硫化水素、二酸化炭素、アンモニア、シアン化物、ならびに炭素および微量金属からなる粒状物質がある。生成物中のこれら不純物の濃度は、原料種ならびに採用された特定のガス化プロセスおよび運転条件によって決まる。いずれにせよ、ガス化プロセスが経済的に成立するためにはこれら不純物の除去が望ましく、酸性ガス（例えばＣＯ2およびＨ2Ｓ）の除去は特に望ましい。
【００２３】
ガシファイヤから排出された合成ガスはガス化クエンチチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）に導かれ、そこでクリーニングされる。クエンチチャンバー（ｄｒｕｍ）内では多量のガスが水中をバブルしながら上昇するので乱流状態となり、反応生成物ガス中の多くの固体物質が水中に除去される。クエンチチャンバー（ｖｅｓｓｅｌ）内では多量のスチームが発生しシンガスのストリームを飽和させる。その結果冷却された粗ガスのストリームはクエンチドラムから放出される。そのときの同ガス条件は、温度は３５０〜６００°Ｆ（１７５〜３１５℃）程度の範囲内、例えば４５０〜５５０°Ｆ（２３０〜２９０℃）程度の範囲内であり、また圧力は５００〜２５００ｐｓｉａ程度の範囲内、例えば１０００ｐｓｉａ程度である。クエンチのためのフレッシュ・ウオーターは、メークアップ・ウオーター（新たに投入される水）とその後のプロセスで発生する凝縮水の混合物であることが望ましい。
【００２４】
その後、シンガスは更に冷却およびクリーニングを受けてよい。クリーニング操作ではスクラビング技術が使用され、スクラバーに導かれたシンガスはスプレー水と接触し、それにより更に冷却されると同時に粒状物質およびイオン性成分が除去される。最初に冷却されたガスは脱硫処理を受けた後に合成ガスとして使用される。
【００２５】
その後シンガスは酸性ガス除去装置に送られ、そこでガス中の硫黄不純物が除去される。シンガスから酸性ガスを除去する装置は通常はアミンあるいは物理的溶剤を使用し、これによりシンガス／パージガス混合ストリームから酸性ガス（特に硫化水素）を除去する。同酸性ガス除去装置は典型的には低温で運転される。合成ガスが１３０℃程度未満、好ましくは９０℃程度未満、まで冷却されれば、同ガス中の不純物（特に硫黄化合物および酸性ガス）は容易に除去できる。同合成ガスは酸性ガス除去接触器内で溶剤と接触される。同接触器は既知のどのような形式のものでもよい。例えば、トレー型あるいは固定床型のものでよい。そのような接触器の運転方法は既知である。酸性ガス除去装置から排出される硫化水素は通常は硫黄回収装置に送られ、回収された全ての二酸化炭素は大気中に放出される。
【００２６】
上記により処理されたシンガスは発電のために使用可能となる。先行技術によるプロセスでは同シンガスはできる限り高温（場合によっては１０００°Ｆ超）まで加熱されるのに対して、本発明ではわずかに露点より１００°Ｆ〜２００°Ｆ高い程度、また最高でも３５０°Ｆ程度にまで過熱されるに過ぎない。その後、同シンガスは燃焼され、エクスパンジョンタービンで駆動される発電装置内で燃焼ガスは膨張して電力を生産する。同シンガスを発電のために使用する際には、それの発熱量と組成は重要な考慮事項である。燃焼器への原料ストリームの発熱量を増加するために高発熱量のガス（例えば天然ガス）の追加が必要となるかもしれない。
【００２７】
ガスタービン燃料としてのシンガスに非可燃性のヒート・キャリアー（すなわち希釈用ガス）を混合して廃熱をガスタービン内に導入することにより、同タービン効率は上昇しよう。この種の非可燃性のヒート・キャリアーとしては、窒素あるいは二酸化炭素といったガス、あるいは水蒸気が使用できる。水蒸気を使用する場合には、水を飽和装置内で燃料ガス中に蒸発させるか、あるいはスチームとして直接的に注入する。非可燃性ガスの追加により、与えられた温度での可燃性ガス／非可燃性ガス混合物の潜熱は増加し、従ってより多くの熱をガスタービン内に導入できるのでタービン効率は向上する。本発明でのシンガスは温度が低くまた希釈用ガスと混合しているので、燃焼器への原料の単位容量流量当たりの質量流量は増加する。従って、ガスの質量流量は増加するので追加的な潜熱が燃焼器に導入され、低温ガスを原料とする際に予測される潜熱の減少分は部分的に相殺される。このような理由により、シンガスおよび／あるいは希釈用ガスの加熱に使用されるスチームを発電用にまわすことが可能になるので、発電装置の全体的な効率は向上することが判明した。
【００２８】
非可燃性ガスの使用により、火炎温度の低下とＮＯｘ生成の抑制という他のメリットがもたらされる。飽和状態のＮ2と飽和状態の燃料ガスの導入により、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は乾燥状態の１５％Ｏ2基準で２０容量ｐｐｍ未満と実質的にゼロにまで低下する。窒素は通常は燃焼器に供給される合成ガスと同程度の温度まで過熱される。従って、本発明は、窒素を３５０°Ｆ以下程度までしか加熱しないので１０００°Ｆ以上まで加熱する従来法に比べて窒素加熱のためのエネルギーの相当な低減を意図している。
【００２９】
空気もまた通常は燃焼器に供給されるガスに追加され、ターボ圧縮機によって圧縮される。同圧縮機はエクスパンジョンタービン（すなわち燃焼器と共にガスタービンでの主要な機器）と同軸で駆動される。同圧縮空気は４００〜８５０°Ｆ（４２５〜４５５℃）程度の範囲内の温度、シンガスおよび希釈用ガスと実質的に同じ圧力で燃焼器に供給される。圧縮空気の一部は空気分離装置（ＡＳＵ）への原料として使用され、そこで生成した酸素はガス化工程に、窒素は希釈用ガスとしてガスタービンに送られる。ただし、ＡＳＵ装置の原料としての圧縮空気の一部は同装置に供給される前に希釈用ガスのストリームとしての窒素を望ましい温度にまで加熱するために用いることができる。Ｎ2の加熱に必要な熱量が低減するので、空気の相当な割合が、ガス化反応器での温度調節剤としてのスチームの生産あるいは燃焼器に供給される合成ガスの予熱のために回すことができ、あるいはＩＧＣＣプロセスでのスチーム・サイクルでの追加的な発電のために使用可能となる。従って、後続の熱回収用スチーム発生器でより多くのスチームが生産され、これが好適に発電のために使用できる。
【００３０】
ＡＳＵ装置により空気を分離して、実質的な純酸素および純窒素の独立したストリームを得る。ここで生産された窒素の一部あるいは全部は水で飽和されており、幾分過熱状態にあり、シンガスおよび天然ガスから成るストリームと共に燃焼器に供給される。ＡＳＵ装置から排出される酸素ガスは通常は二重管型原料注入器の一方の通路を通って部分酸化ガシファイヤの反応ゾーンに供給される。
【００３１】
該ガスのエクスパンジョンタービン部分から排出される高温ガスは通常型の熱回収用スチームジェネレーター（ＨＲＳＧ）に送られた後に大気中に放出される。通常型のスチームタービン（高圧エクスパンジョンタービンおよびそれと同軸上で直列につながっている中間エクスパンジョンタービンにより構成されている）を運転するためのスチームおよびプロセスで必要とされるスチームはＨＲＳＧにより生産される。例えば、ＨＲＳＧにより生産された過熱状態の高圧スチームは発電のために高圧エクスパンジョンタービン（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｔｕｒｂｉｎｅ，ＨＰＴ）に供給できる。ＨＰＴから排出される中圧スチームはＨＲＳＧにより過熱が可能であり、中圧エクスパンジョンタービン（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｔｕｒｂｉｎｅ，ＩＰＴ）に供給されそこで追加的な電力を生産する。スチームによる発電は燃焼ガスによる発電と非常に似かよっている。スチームはエクスパンジョンタービン内で膨張することにより発電装置を駆動して電力を生産する。生産されたスチームの一部を、ガスタービンに供給されるシンガスおよび／あるいは希釈用ガスのストリームの加熱、温度調節剤としてガス化反応器への注入あるいは希釈用ガスとしてガスタービンの燃焼器への注入のために使用することが必要となる可能性がある。これらシンガスおよび希釈用ガスのストリームが必要とする温度レベルは非常に低いので、また希釈用ガスのストリームの加熱と追加的なスチームの生産の両方を満足させる高温空気は入手可能であるので、スチームの大半はスチームタービンによる発電のために使用可能となる。
【００３２】
図１は先行技術による通常のＩＧＣＣプロセスを示している。同プロセスでは、合成ガス２（通常は既知のガス化反応器で生産され、そこに存在する全ての種類の硫黄化合物を除去するために精製される）は、熱交換器４でスチーム４３により達成可能な温度（通常は１０００°Ｆ以上）にまで予熱される。加熱された同合成ガス６は天然ガス８（オプショナル）、スチーム９（オプショナル）および加熱され水で飽和した窒素１４（通常は合成ガスと同程度の温度まで加熱される）と合流する。加熱された窒素１４は、通常は２８０°Ｆ程度の温度で空気分離装置（図示されていない）から供給され水で飽和された飽和窒素ストリーム１０が加熱されたものである。同ストリーム１０は熱交換器１２で高温空気３１により加熱され、更に熱交換器１５でスチームにより高温シンガスの温度まで加熱可能である。シンガス６、天然ガス８（オプショナル）および加熱された窒素１４の混合ストリームは圧縮空気３０と共にガスタービンの燃焼器１６に送られる。
【００３３】
燃焼ガス生成物１８はエキスパンダー２０内で膨張し、軸２２を回転させる。軸２２の回転により発電装置２４で電力を生産すると同時に空気ストリーム２６を圧縮する手段を提供する。空気ストリーム２６は軸２２に連結している圧縮機２８により圧縮される。圧縮空気３０の一部は燃焼器に送られ、そこでの合成ガスの燃焼のための酸素を提供する。残りの圧縮空気３１は、最初は窒素ストリーム１０の加熱に使用され、次いで通常は配管３２により上記の空気分離装置に送られる。
【００３４】
燃焼ガスはエキスパンダー２０内で膨張した後、配管３４により熱回収用スチームジェネレーター（ＨＲＳＧ）３６に送られ、最終的にはスタック３８から大気中に放出される。ここで、ボイラー用水６６は燃焼ガス３４の熱によりスチーム４０に変換される。同スチームの一部は配管４１によりガス化装置に送られ、そこで温度調節剤の役割を果たす。スチーム４２の一部は熱交換器４で合成ガスを予熱し、一部はオプショナルなスチーム９として燃焼器に送られ、残りのスチーム４４はエキスパンダー４６内で膨張して発電装置５０で電力を生産する。膨張したスチーム５２は熱交換器５４内で凝縮し、合成ガスの予熱に使用された後に凝縮したスチーム６２と合流する。メークアップされるボイラー用水６４は凝縮したスチームストリームと合流した後に配管６６によりＨＲＳＧ３６に返送される。
【００３５】
図２は本発明の一実施態様を示している。簡便のために、図１と同じ番号が用いられている（それが該当する場合）。同プロセスでは、合成ガス２は通常は既知のガス化反応器で生産され、そこに存在する全ての種類の硫黄化合物を除去するために精製される。同合成ガスは、達成可能な温度にまで予熱されることはなく、露点より１００°Ｆ〜２００°Ｆ程度高い温度、最高で３５０°Ｆ程度にまで加熱される。それよりも遥かに高い温度まで加熱するのに必要とされるスチームは節減でき、発電のために回すことが可能になる。同合成ガス６は天然ガス８、スチーム９（オプショナル）および加熱され水で飽和した窒素１４（通常は合成ガスと同程度の温度まで加熱される）と合流する。加熱された窒素１４は、通常は２８０°Ｆ程度の温度で空気分離装置（図示されていない）から供給され水で飽和された飽和窒素ストリーム１０が加熱されたものである。同ストリーム１０は熱交換器１２で高温空気３３により加熱される。窒素は低温状態で燃焼器に供給できるので、スチームによるそれの加熱は必要ではない。合成ガス６、天然ガス８、スチーム９（オプショナル）および加熱された窒素１４の混合ストリームは圧縮空気３０と共にガスタービンの燃焼器１６に送られる。
【００３６】
燃焼ガス生成物１８はエキスパンダー２０内で膨張し、軸２２を回転させる。軸２２の回転により発電装置２４で電力を生産すると同時に空気ストリーム２６を圧縮する手段を提供する。空気ストリーム２６は軸２２に連結している圧縮機２８により圧縮される。圧縮空気３０の一部は燃焼器に送られ、そこでの合成ガスの燃焼のための酸素を提供する。残りの圧縮空気３１は、それが保有する余剰の熱を回収するために処理される。圧縮空気３３の一部は窒素ストリーム１０の加熱に使用される。窒素は先行技術によって開示されるプロセスほどの温度にまで加熱する必要はないので、高温の圧縮空気の一部はスチームの生産のために回せる。従って、圧縮空気３１の第二の部分は熱交換器３５でボイラー用水６８と熱交換する。これにより、ガス化反応器に使用できるかあるいは燃焼器への合成ガスの予熱に使用できる追加的なスチーム７０が発生し、これは先行技術で通常使用される発電用の貴重なスチームに取って替わる。空気は、熱移動媒体として使用された後、配管３２により上記空気分離装置に送られる。
【００３７】
燃焼ガスはエキスパンダー２０内で膨張した後、配管３４により熱回収用スチームジェネレーター（ＨＲＳＧ）３６に送られ、最終的にはスタック３８から大気中に放出される。ここで、ボイラー用水６９は燃焼ガス３４の熱によりスチーム４０に変換される。もしスチーム７０が合成ガスの予熱に使用されれば、それの予熱に必要とされるスチームと部分的あるいは全面的に取って替われる。スチームは配管４１によりガス化装置に送られる必要があるかもしれないが、この目的のためのスチームとしてスチーム７０を使用しようとすればそれが可能である。それでも依然としていくらかの量のスチームは発電量を最大化するためにガスタービンの燃焼器１６にスチーム９として供給可能である。それにもかかわらず、生産されたスチームの大半は発電装置５０のエキスパンダー４６で膨張して電力を生産する。膨張したスチーム５２は熱交換器５４内で凝縮し合流し、メークアップされるボイラー用水６４は凝縮したスチームストリームと合流した後に配管６６によりＨＲＳＧ３６に返送される。ボイラー用水の一部は配管６８により熱交換器３５に送られ、そこで高温の圧縮空気３１と熱交換してスチーム７０に変換される。同スチーム製品７０はガス化反応器に送られるかあるいは燃焼器への合成ガスの予熱に使用される。従って、スチーム発電ループ／ＨＲＳＧで生産され上記の目的に使用されるスチームの必要性を取り除ける。その他、スチーム７０はＩＧＣＣプロセスでのスチームサイクルで追加的な量の電力の生産のためにも使用できる。
【００３８】
上記の説明的な実施態様は、本発明の潜在的な実施態様の簡略された模式図の提供を意図している。化学工学分野での通常の熟練者は、どのような特定の実施態様においても特定部分での詳細は一様ではなく、考慮されている立地および同システムの必要性によって変化することを理解し認識されよう。本発明を達成するための全てのそのようなレイアウト、図式的な代案および実施態様は当業界での熟練者の能力範囲内であり従って本発明の範囲内であると考えられる。
【００３９】
本発明の装置、化合物および方法はここに好適な実施例として記載されたが、ここで記載されたプロセスは本発明の概念および範囲から逸脱することなく変更可能であることは当業界の熟練者にとっては明白なことであろう。当業界の熟練者にとっては明白な全てのこのような似かよった代案および変更は本発明の範囲と概念に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】先行技術による通常のＩＧＣＣプロセスを示している。
【図２】本発明の一実施態様を示している。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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