(57)【要約】【課題】本出願は従って、統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）を提供する。【解決手段】本統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）は、水性ガス転化反応器システム（４００）と、熱回収蒸気発生器（１６０）とを含むことができる。水性ガス転化反応器システム（４００）は、合成ガス（３１５）の流れを加熱する再循環熱交換器（４３０）を備えた再循環システム（４４５）を含むことができる。熱回収蒸気発生器（１６０）は、再循環熱交換器（４３０）と熱導通した分岐水流（４５０）を含むことができる。【選択図】      図３
2011231320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性ガス転化反応器システム（４００）と、
熱回収蒸気発生器（１６０）と
を備える統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）であって、前記水性ガス転化反応器システム（４００）が、再循環システム（４４５）を含み、前記再循環システム（４４５）が、合成ガス（３１５）の流れを加熱する再循環熱交換器（４３０）を含み、前記熱回収蒸気発生器（１６０）が、前記再循環熱交換器（４３０）と熱導通した分岐水流（４５０）を含む、統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項２】
前記水性ガス転化反応器システム（４００）が、１以上の水性ガス転化反応器（３２０、３３０）を含む、請求項１記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項３】
前記熱回収蒸気発生器（１６０）が、高圧セクション（２２５）を含む、請求項１記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項４】
前記高圧セクション（２２５）が、１以上の高圧過熱器（２００）、１以上の再熱器（２１０）並びに／或いは１以上のエコノマイザ（２３０）を含む、請求項３記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項５】
前記高圧セクション（２２５）が、前記分岐水流（４５０）と熱導通した１以上のエコノマイザ（２３０）を含む、請求項３記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項６】
前記分岐水流（４５０）が、高圧水抽出流（４１０）を含む、請求項１記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項７】
前記高圧水抽出流（４１０）と熱導通して高圧蒸気流（４２０）を形成する合成ガス冷却器（１１５）をさらに含む、請求項１記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項８】
前記高圧蒸気流（４２０）が、前記熱回収蒸気発生器（１６０）と熱導通している、請求項７記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項９】
前記熱回収蒸気発生器（１６０）が、高圧蒸発器（２２０）を含み、前記高圧蒸発器（２２０）が、前記高圧蒸気流（４２０）と熱導通している、請求項８記載の統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）。
【請求項１０】
１以上の水性ガス転化反応器（３２０、３３０）並びに熱回収蒸気発生器（１６０）を有する統合ガス化複合サイクルシステム（３９０）を作動させる方法であって、
再循環水流（４４０）を流入合成ガス（３１５）の流れと熱導通させるステップと、
前記熱回収蒸気発生器（１６０）から高圧水抽出流（４１０）を分岐させるステップと、
前記高圧水抽出流（４１０）及び再循環水流（４４０）間で熱交換させるステップと、
前記１以上の水性ガス転化反応器（３２０、３３０）に前記合成ガス（３１５）を流すステップと、
前記合成ガス（３１５）の流れの水分含有量を増加させるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には統合ガス化複合サイクル（「ＩＧＣＣ」）発電システムに関し、より具体的には、それと共に使用する改良型の水性ガス転化反応器システムを備えたＩＧＣＣ発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のＩＧＣＣ発電システムは、少なくとも１つの動力発生タービンシステムと統合されたガス化システムを含むことができる。例えば、公知のガス化装置は、燃料、空気又は酸素、蒸気及びその他の添加剤の混合物を一般的に「合成ガス（シンガス）」と呼ばれる部分的に燃焼したガス生成物に変換することができる。これらの高温燃焼ガスは、ガスタービンエンジンの燃焼器に供給される。ガスタービンエンジンは次に、電力の生成のための発電機に動力供給し或いは別のタイプの負荷を駆動する。ガスタービンエンジンからの排気は、熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）に供給して、蒸気タービンのための蒸気を発生するようにすることができる。蒸気タービンにより発生させた出力よってもまた、発電機又は別のタイプの負荷を駆動することができる。同様のタイプの発電システムもまた知られている。
【０００３】
ガス化プロセスでは、水性ガス転化反応器を使用することができる。基本的水性ガス転化反応は、つぎの通り、つまりＣＯ＋Ｈ2Ｏ＜−＞ＣＯ2＋Ｈ2である。転化反応を改善するために、水性ガス転化反応器に流入する原料合成ガスに高圧蒸気を混合して、Ｈ2Ｏ／ＣＯ比率を増大させるようにすることができる。蒸気の供給源は一般的に、ボトミングサイクルから或いは高温／低温ガス冷却セクションにおける合成ガスを冷却することにより取出される。反応もまた、温度感受性がある。
【０００４】
しかしながら、ＣＯ2捕捉を備えたＩＧＣＣシステム全体の効率は、水性ガス転化反応器の高圧蒸気要件を考えると、低下する可能性がある。具体的には、原料合成ガスの飽和に必要となる高圧蒸気は、その蒸気が蒸気タービンにおける膨張仕事に使用できないことで性能低下を伴う。従って、分流（流れを分岐させること）は、システム全体効率、正味出力及び熱消費率を低下させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４９９９９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ＣＯ2捕捉を備えた統合ガス複合サイクル発電システムの改良に対する願望が存在する。そのようなシステムは、システム全体効率及び性能を増大させながら適切なＣＯ2捕捉を維持することができるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本出願は、統合ガス化複合サイクルシステムを提供する。本統合ガス化複合サイクルシステムは、水性ガス転化反応器システムと熱回収蒸気発生器とを含むことができる。水性ガス転化反応器システムは、合成ガスの流れを加熱する再循環熱交換器を備えた再循環システムを含むことができる。熱回収蒸気発生器は、再循環熱交換器と熱導通した分岐水流を含むことができる。
【０００８】
本出願はさらに、１以上の水性ガス転化反応器並びに熱回収蒸気発生器を有する統合ガス化複合サイクルシステムを作動させる方法を提供する。本方法は、再循環水流を流入合成ガスの流れと熱導通させるステップと、熱回収蒸気発生器から高圧水抽出流を分岐させるステップと、高圧水抽出流及び再循環水流間で熱交換させるステップと、水性ガス転化反応器に合成ガスを流すステップと、合成ガスの流れの水分含有量を増加させるステップとを含む。
【０００９】
本出願はさらに、統合ガス化複合サイクルシステムを提供することができる。本統合ガス化複合サイクルシステムは、１以上の水性ガス転化反応器を備えた水性ガス転化反応器システムと熱回収蒸気発生器とを含むことができる。水性ガス転化反応器システムは、合成ガスの流れを加熱する再循環熱交換器を備えた再循環システムを含むことができる。熱回収蒸気発生器は、高圧セクションと、再循環熱交換器と熱導通した分岐高圧水流とを含むことができる。
【００１０】
本出願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＣＯ2捕捉を備えたＩＧＣＣ発電システムの概略図。
【図２】公知のＩＧＣＣシステムのＨＲＳＧを使用した低温ガス冷却セクションの概略図。
【図３】本明細書に記載することができるようなＨＲＳＧを使用した低温ガス冷却セクションの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ＣＯ2捕捉を備えたＩＧＣＣ発電システム１００を示している。ＩＧＣＣシステム１００は、顕熱回収を最大にする高圧放射熱伝導ガス化装置１１０と、放射シンガス冷却器１１５と、ガスタービンからの部分空気抽出流についての高圧空気分離を使用してガス化に必要となる可能性がある所望の純度の酸素を生成する空気分離ユニット１２０と、卓越Ｈ2−ＣＯ2リッチガスを生成する水性ガス転化反応器システム１３０内の１以上の触媒水性ガス転化反応器と、ＣＯ2除去による付加的生成ガス清浄化のための酸性ガス除去システム１４０と、改良型合成ガス燃料ガスタービン発電サイクル１５０を使用した発電とを含むことができる。本明細書では、その他の構成も使用することができる。
【００１３】
図２は、蒸気のＩＧＣＣシステム１００の一部分を示している。具体的には、図２は、熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）１６０と組合せた状態の放射シンガス冷却器１１５及び水性ガス転化反応器システム１３０の組合せを示している。複合サイクル発電ブロック１５０のガスタービンからの排気ガス１６５は、ＨＲＳＧ１６０に供給して、該排気ガスからの廃熱を回収するようにすることができる。ＨＲＳＧ１６０は、高圧（「ＨＰ」）セクション２２５、中圧（「ＩＰ」）セクション２５５及び低圧（「ＬＰ」）セクション２８５を含むことができる。ＨＲＳＧ１６０は、排気ガス１６５からの漸減低位熱を各漸減低圧セクションにおける水循環流に伝達するように構成することができる。本明細書では、その他の構成を使用することができる。
【００１４】
高圧セクション２２５は、１以上の高圧過熱器２００、高圧蒸発器２２０並びに１以上の高圧エコノマイザ２３０を含むことができる。エコノマイザ２３０は一般的に、例えば蒸発器又はその他において水が蒸気に変換される前に、水を予熱する。同様に、中圧セクション２５５は、１以上の中圧再熱器２１０、中圧過熱器２４０、中圧蒸発器２５０、並びに中圧エコノマイザ２６０を含むことができる。さらに、低圧セクション２８５は、低圧過熱器２７０、低圧蒸発器２８０及び低圧エコノマイザ２９０を含むことができる。本明細書では、その他の構成要素及び構成を使用することができる。
【００１５】
放射シンガス冷却器１１５は、高圧エコノマイザ２３０又はその他の１つからの高圧水抽出流３００を加熱して高圧蒸気流３１０にすることができる。高圧蒸気流３１０は、高圧蒸発器２２０に戻すことができ、或いは高圧蒸気流３１０は、水性ガス転化反応器システム１３０に流入する原料合成ガス３１５の流れと混合することができる。この実施例では、水性ガス転化反応器システム１３０は、第１の水性ガス転化反応器３２０及び第２の水性ガス転化反応器３３０を含むことができる。本明細書では、システム全体から捕捉することになるＣＯ2の量に応じて、あらゆる数の反応器を使用することができる。高圧蒸気流３１０は、合成ガス３１５の流れを飽和させて、反応器３２０、３３０のいずれか又は両方におけるＨ2Ｏ／ＣＯ比率を改善することができる。任意選択的に、熱エネルギーもまた、高、中又は低圧セクションにおける蒸気タービン抽出流から取得して、Ｈ2Ｏ／ＣＯ比率を高めることができる。
【００１６】
水性ガス転化反応器システム１３０はまた、水再循環システム３４０を含むことができる。水再循環システム３４０は、カラム３５０又はその他において合成ガス３１５の流れを加熱するために使用することができる。水再循環システム３４０内の水流は、幾つかのガス／水熱交換器により温めることができる。このケースでは、第１のガス／水熱交換器３６０及び第２のガス／水熱交換器３７０を使用することができる。ガス／ガス熱交換器３８０もまた使用することができる。本明細書では、あらゆる数の熱交換器を使用することができる。本明細書では、その他の構成要素及び構成もまた使用することができる。
【００１７】
図３は、本明細書に記載することができるような水性ガス転化反応器システム４００を備えたＩＧＣＣシステム３９０を示している。水性ガス転化反応器システム４００は、ここでも同様にＨＲＳＧ１６０と組合されている。具体的には、高圧水抽出流４１０が、１つの高圧エコノマイザ２３０から取出される。高圧水抽出流４１０は、ここでも同様に放射シンガス冷却器１１５を通って流れかつ高圧蒸気流４２０に変化する。しかしながら、高圧蒸気流４２０の全ては、水性ガス転化反応器システム４００の反応器３２０、３３０の１つに転送される代わりに高圧蒸発器２２０に戻される。
【００１８】
それどころか、再循環熱交換器４３０が、水性ガス転化反応器システム４００の再循環システム４４５内で再循環（水）流４４０を温める。上述のように、再循環流４４０は、第１及び第２の熱交換器３６０、３７０並びにカラム３５０を通って流れる。再循環熱交換器４３０は、高圧水抽出流４１０の分岐水流４５０により給水される。分岐水流４５０は、再循環熱交換器４３０を通って流れ、かつ次に高圧エコノマイザ２３０に戻る。この流れ上で、分流ポンプ４６０を使用することもできる。本明細書では、その他の構成を使用することができる。
【００１９】
従って、再循環流４４０は、高圧エコノマイザ２３０又はその他から利用可能な廃熱を使用して加熱することができる。再循環流４４０は次に、反応器３２０、３３０に流入すると、流入原料合成ガス３１５の流れを予熱する。このようにして、反応器３２０、３３０に導かれる高圧蒸気流４２０の必要性を排除及び／又は少なくとも減少させることができる。従って、高圧水抽出流４１０によって原料合成ガス３１５の流れを予熱することにより該合成ガスの水分を保持する能力を高め、一方で、高圧蒸気流４２０は、有用な仕事に利用可能になる。従って、ＩＧＣＣシステム１００の全体出力は、高圧蒸気流４２０の代わりに高圧水抽出流４１０を使用することによって向上させることができる。同じ飽和状態を得るために、より低圧側に移した改造形態も実施可能である。
【００２０】
上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１００  ＩＧＣＣ発電システム
１１０  ガス化装置
１１５  合成ガス冷却器
１２０  空気分離ユニット
１３０  水性ガス転化反応器システム
１４０  酸性ガス除去システム
１５０  ガスタービン発電サイクル
１５１  選炭
１５２  ＣＯ2リサイクル圧縮
１５３  ＣＯ2圧縮
１５４  排ガス処理ユニットを備えた硫黄回収ユニット
１５５  合成ガス加熱ユニット
１６０  熱回収蒸気発生器
１６５  排出ガス
２００  高圧過熱器
２１０  高圧再熱器
２２０  高圧蒸発器
２２５  高圧セクション
２３０  高圧エコノマイザ
２４０  中圧過熱器
２５０  中圧蒸発器
２５５  中圧セクション
２６０  中圧エコノマイザ
２７０  低圧過熱器
２８０  低圧蒸発器
２８５  低圧セクション
２９０  低圧エコノマイザ
３００  高圧水抽出流
３１０  高圧蒸気流
３１５  合成ガスの流れ
３２０  第１の水性ガス転化反応器
３３０  第２の水性ガス転化反応器
３４０  水再循環システム
３５０  カラム
３６０  第１のガス／水熱交換器
３７０  第２のガス／水熱交換器
３８０  ガス／ガス熱交換器
３９０  ＩＧＣＣシステム
４００  水性ガス転化反応器システム
４１０  高圧水抽出流
４２０  高圧蒸気流
４３０  再循環熱交換器
４４０  再循環（水）流
４４５  再循環システム
４５０  分岐水流
４６０  分流ポンプ
【図１】
2011231320.tif 000003
【図２】
2011231320.tif 000004
【図３】
2011231320.tif 000005
【外国語明細書】
2011231320000001.pdf