(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化反応器により生成した原料ガスをガス除去サブシステムに導き、
ガス除去サブシステムがガス化反応器により生成した原料ガスから成分を除去して、酸性ガス流及び浄化ガス流を生成し、
硫黄低減サブシステムが酸性ガス流中に存在する硫黄を元素態硫黄に変換して水、硫化水素及び二酸化硫黄を含むテールガスを生成し、
硫黄低減サブシステムからのテールガスを冷却ユニットに導き、テールガスの作動温度の低下を促進し、
冷却ユニットからのテールガスを乾燥ユニットに導き、テールガスの乾燥を促進し、
乾燥が行われた後のテールガスの第１の流れを、ガス化反応器にリサイクルし、
乾燥が行われた後のテールガスの第２の流れを、ガス除去サブシステムにリサイクルする
ことを含み、
テールガスが、リサイクルされる前に硫化水素の分離処理が行われない、
テールガスをリサイクルする方法。
【請求項２】
さらに、乾燥ユニットからのテールガスを圧縮機に導くことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
テールガスをリサイクルする前にテールガスを圧縮する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
テールガスをリサイクルする前に、ガス除去サブシステムからの二酸化炭素と共にテールガスを圧縮する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
酸性ガス流中に存在する硫黄を中間の水素化なしに元素態硫黄に変換してテールガスを生成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ガス化反応器により生成したテールガスをリサイクルする方法であって、
ガス化反応器により生成した原料ガスをガス除去サブシステムに導き、
原料ガスから成分を除去して、酸性ガス流及び浄化ガス流を生成し、
生成した酸性ガス流を硫黄低減サブシステムに導いて、酸性ガス流中に存在する硫黄を前記硫黄低減サブシステムが元素態硫黄に変換して水、硫化水素及び二酸化硫黄を含むテールガスを生成し、
前記硫黄低減サブシステムからのテールガスを冷却ユニットに導いて、テールガスの作動温度の低下を促進し、
冷却ユニットからの冷却されたテールガスを乾燥ユニットに導いて、テールガスの乾燥を促進し、
分離された流れにより、乾燥が行われた後のテールガスを、ガス化反応器及びガス除去サブシステムにリサイクルし、
テールガスが、ガス化反応器及びガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルされる前に、テールガスが、硫化水素の分離処理が行われない、
ことを含む前記方法。
【請求項７】
テールガスをガス化反応器及びガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルする前にテールガスを圧縮する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
テールガスを中間の水素化なしにガス化反応器及びガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
酸性ガスを含む原料ガス流を生成するように構成された少なくとも１つのガス化反応器、
前記少なくとも１つのガス化反応器に流動連通して連結され、酸性ガスの少なくとも一部分を原料ガス流から除去するように構成された少なくとも１つのガス除去サブシステム、及び
前記少なくとも１つのガス除去サブシステムに流動連通して連結されており、ガスの流れに存在する硫黄を元素態硫黄に変換して、前記ガスの流れ内の硫黄濃度の低減を促進して、前記少なくとも１つのガス化反応器及び前記少なくとも１つのガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルされる水、硫化水素及び二酸化硫黄を含むテールガスを生成する少なくとも１つの硫黄低減サブシステム
を含み、
乾燥処理が行われた後のテールガスの第１の流れが、ガス化反応器にリサイクルされ、
乾燥処理が行われた後のテールガスの第２の流れが、ガス除去サブシステムにリサイクルされ、
テールガスが、リサイクルされる前に硫化水素の分離処理が行われない、
統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガス化システムに関し、より詳細には、テールガスをリサイクルして、酸性ガスの除去によりガス化システムでの合成ガスの生産の増強を促進するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のガス化プラントは、少なくとも１つの電力を生成するタービンシステムと一体化されたガス化システムを含むことにより、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントを形成している。例えば、公知のガス化システムは燃料、空気又は酸素、蒸気、及び／又はＣＯ2の混合物を合成ガスつまり「シンガス」に変換する。このシンガスがガスタービンエンジンの燃焼器に送られ、ガスタービンエンジンは電力網に電力を供給する発電機に動力を供給する。少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンの排気ガスは、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給される。この蒸気タービンで生成する出力もまた、電力網に電力を提供する発電機を駆動する。
【０００３】
ＩＧＣＣプラントに付随する少なくとも幾つかの公知のガス化システムは、最初に、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）を含む「（生の）原料」シンガス燃料を生成する。ＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓは通例酸性ガスと称される。酸性ガスは、一般に、原料シンガス燃料から除去されて、ガスタービンエンジン内で燃焼される「浄化」シンガス燃料を生成する。
【０００４】
通例、公知のＩＧＣＣプラントでは、炭化水素系供給燃料が高純度の酸素（通例９５％の酸素純度）と反応して２２００°Ｆ〜２７００°Ｆの温度範囲のシンガスを生成する。この生成したシンガスは次に冷却され洗浄されて、酸性ガス除去（ＡＧＲ）サブシステムに導入するのに適した原料シンガスを生成する。酸性ガスの除去は、通例少なくとも１つの主吸収装置を含む酸性ガス除去サブシステムで行われて、Ｈ2Ｓ及びＣＯＳの大部分が除去される。酸性ガス除去サブシステムは、（Ｈ2Ｓ及びＣＯＳの形態で）存在する硫黄の殆どと、存在するＣＯ2の一部分とを吸収する。これにより、浄化シンガス流と、主として吸収されたＨ2Ｓ、ＣＯＳ及びＣＯ2からなる酸性ガス流とが生成する。
【０００５】
酸性ガス流は、硫黄低減サブシステムで処理されて、存在する硫黄がＣｌａｕｓ反応により元素態硫黄に変換される。この工程は、まず存在する硫化水素の一部を酸化して二酸化硫黄を形成し、次いで次の反応により元素態硫黄を形成することからなる。
【０００６】
２Ｈ2Ｓ＋ＳＯ2→３Ｓ＋２Ｈ2Ｏ
この反応は幾つかの連続した反応器内で起こる。各反応器の後、硫黄は液体生成物として除去される。硫黄低減サブシステムからの流出物は主として二酸化炭素、窒素及び水蒸気、並びに未反応の硫化水素及び二酸化硫黄からなる。この流出物はＣｌａｕｓテールガスといわれる。
【０００７】
Ｃｌａｕｓテールガスは通常、放出する前に硫黄を除去するためにさらに処理する必要がある。この工程はテールガス処理といわれる。使用される最も一般的な処理はＳＣＯＴ（Ｓｈｅｌｌ  Ｃｌａｕｓオフガス処理）といわれる。ＳＣＯＴ処理では、最初にＣｌａｕｓテールガスを水素化して二酸化硫黄を硫化水素に変換する。次に、この水素化されたガスを冷却して、水蒸気を復水として除去できるようにする。アミン溶媒を使用して硫化水素を捕捉する。最後に、溶媒を再生して、硫黄回収ユニットにリサイクルされる硫化水素を含有する流れを生成する。吸収されなかったオフガスは熱酸化機に送られ、放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５４１３６２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この度、Ｃｌａｕｓテールガスをガス化反応器にリサイクルすることによって、テールガス処理ユニットを省くことが可能であることが発見された。かかるプロセスにより、コストの低減、及びＣｌａｕｓテールガスの処理の複雑さの削除が容易になる。加えて、テールガスがガス化反応器にリサイクルされるので、より低い回収率又は、例えば、より少ない回収段階を有する低コストのＣｌａｕｓユニットを使用し得る。従って、本発明は、酸性ガス除去及び硫黄低下に付されたガスを中間の水素化なしにシステムのガス化ユニットにリサイクルすることを含む、ガス化反応器、例えばＩＧＣＣシステムで生成したガスを処理する方法と装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの態様では、テールガスをリサイクルする方法が提供される。この方法は、酸性ガス流中に存在する硫黄を元素態硫黄に変換してテールガスを生成し、このテールガスを、ガス化反応器及びガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルすることを含む。
【００１１】
別の態様では、ガス化反応器により生成したガスを処理する方法は、ガス化反応器で生成した原料ガスをガス除去サブシステムに導くことを含む。成分を原料ガスから除去して酸性ガス流と浄化ガス流を生成する。生成した酸性ガス流を硫黄低減サブシステムに導いて、酸性ガス流中に存在する硫黄を元素態硫黄に変換してテールガスを生成する。このテールガスをガス化反応器とガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルする。
【００１２】
さらなる態様では、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントが提供される。このＩＧＣＣ発電プラントは、酸性ガスを含む原料ガス流を生成するように構成された少なくとも１つのガス化反応器を含んでいる。少なくとも１つのガス除去サブシステムが少なくとも１つのガス化反応器に流動連通して連結されている。この少なくとも１つのガス除去サブシステムは原料ガス流から酸性ガスの少なくとも一部分を除去するように構成されている。少なくとも１つの硫黄低減サブシステムが少なくとも１つのガス除去サブシステムに流動連通して連結されている。この硫黄低減サブシステムは、ガスの流れ内の硫黄濃度を低減して、ガス化反応器及びガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルされるテールガスを生成するのを容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、代表的な統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの説明図である。
【図２】図２は、従来のガス化ユニット、及びそのガス化ユニットにより生成したガスを処理する方法の説明図である。
【図３】図３は、代表的なガス化ユニット、及びそのガス化ユニットにより生成したガスを処理する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、代表的な統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント１００の説明図である。代表的な実施形態では、ＩＧＣＣ発電プラント１００はガスタービンエンジン１１０を含んでいる。ガスタービンエンジン１１０は、第１のローター１２０を介して第１の発電機１１８に回転可能に連結されたタービン１１４を含んでいる。タービン１１４は、少なくとも１つの燃料源及び少なくとも１つの空気源（いずれも以下により詳細に記載する）に流動連通して連結され、燃料と空気をそれぞれ燃料源と空気源から受領するように構成するなっている。タービン１１４は、空気と燃料を混合して、ガス内の高温の燃焼ガス（図示せず）を生成し、熱エネルギーを回転エネルギーに変換するように構成されている。この回転エネルギーはローター１２０を介して発電機１１８に伝達される。ここで、発電機１１８は、この回転エネルギーを、限定されることはないが電力網（図示せず）を始めとする少なくとも１つの負荷に伝達される電気エネルギー（図示せず）に変換するのを容易にするように構成されている。
【００１５】
ＩＧＣＣ発電プラント１００はまた蒸気タービンエンジン１３０も含んでいる。代表的な実施形態では、エンジン１３０は第２のローター１３６を介して第２の発電機１３４に連結された蒸気タービン１３２を含んでいる。
【００１６】
ＩＧＣＣ発電プラント１００はさらに蒸気発生システム１４０を含んでいる。代表的な実施形態では、システム１４０は、少なくとも１つの加熱ボイラー供給水導管１４６を介して少なくとも１つの熱伝達装置１４４に流動連通して連結された少なくとも１つの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１４２を含んでいる。ＨＲＳＧ１４２は、導管１４６を介して装置１４４からのボイラー供給水（図示せず）を受領してこのボイラー供給水を蒸気に加熱する。ＨＲＳＧ１４２はまた、排気ガス導管（図示せず）を介してタービン１１４からの排気ガス（図示せず）を受領してボイラー供給水を蒸気にさらに加熱する。ＨＲＳＧ１４２は、蒸気導管１５０を介してタービン１３２に流動連通して連結されている。余分なガスと蒸気はＨＲＳＧ１４２から煙道ガス導管１５２を介して大気雰囲気中に排気される。
【００１７】
導管１５０はＨＲＳＧ１４２からの蒸気（図示せず）をタービン１３２に送る。タービン１３２はＨＲＳＧ１４２から蒸気を受領し、蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。この回転エネルギーはローター１３６を介して発電機１３４に伝達され、そこで発電機１３４が回転エネルギーを、限定されることはないが電力網を始めとする少なくとも１つの負荷に伝達される電気エネルギー（図示せず）に変換する。この蒸気は凝縮され、復水導管（図示せず）を介してボイラー供給水として戻される。
【００１８】
ＩＧＣＣ発電プラント１００はまたガス化システム２００も含んでいる。代表的な実施形態では、システム２００は、空気導管２０４を介して空気源と流動連通して連結された少なくとも１つの空気分離ユニット２０２を含んでいる。かかる空気源には、限定されることはないが専用の空気圧縮機及び圧縮空気貯蔵ユニット（いずれも図には示していない）が包含され得る。ユニット２０２は、空気を酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、及びその他ベント（図示せず）を介して放出される成分（いずれも図には示していない）に分離する。窒素はＮ2導管を介してガスタービン１１４に送られて燃焼を促進する。
【００１９】
システム２００は、ユニット２０２に流動連通して連結されて、ユニット２０２からＯ2導管２１０を介して送られた酸素を受領するガス化反応器２０８を含んでいる。システム２００はまた石炭粉砕・スラリー化ユニット２１１も含んでいる。ユニット２１１は、それぞれ石炭供給導管２１２及び水供給導管２１３を介して石炭源及び水源（いずれも図には示していない）に流動連通して連結されている。ユニット２１１は石炭と水を混合して、石炭スラリー導管２１４を介して反応器２０８に送られる石炭スラリー流（図示せず）を形成する。
【００２０】
反応器２０８はそれぞれ導管２１４及び２１０を介して石炭スラリー流及びＯ2流を受領する。反応器２０８は、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）を含む高温の原料合成ガス（シンガス）流（図示せず）を生成する。ＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓは通例酸性ガス、又は原料シンガスの酸性ガス成分と総称されるが、本明細書ではＣＯ2を残りの酸性ガス成分とは別に述べる。さらに、反応器２０８は、シンガス生産の副生物として高温のスラグ流（図示せず）も生成する。このスラグ流は高温スラグ導管２１６を介してスラグ処理ユニット２１５に送られる。ユニット２１５はスラグを急冷し、より小さいスラグ片に細分化する。そこで、スラグ除去流が生成し、導管２１７を介して流される。
【００２１】
反応器２０８は高温シンガス導管２１８を介して熱伝達装置１４４に流動連通して連結されている。装置１４４は高温の原料シンガス流を受領し、その熱の少なくとも一部分を導管１４６を介してＨＲＳＧ１４２に伝達する。続いて、装置１４４は冷却された原料シンガス流（図示せず）を生成し、これがシンガス導管２１９を介して洗浄・低温ガス冷却（ＬＴＧＣ）ユニット２２１に送られる。ユニット２２１は原料シンガス流内に混入した粒子状物質を除去し、この除去された物質をフライアッシュ導管２２２を介して廃棄する。ユニット２２１は原料シンガス流の冷却を促進し、原料シンガス流中のＣＯＳの少なくとも一部分を加水分解によってＨ2ＳとＣＯ2に変換する。
【００２２】
システム２００はまた、ユニット２２１に流動連通して連結され、冷却された原料シンガス流を原料シンガス導管２２０を介して受領する酸性ガス除去サブシステム３００も含んでいる。サブシステム３００は以下にさらに述べるように原料シンガス流から酸性成分（図示せず）の少なくとも一部分を除去する。かかる酸性ガス成分には、限定されることはないが、ＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓが包含され得る。また、サブシステム３００は、酸性ガス成分の少なくとも一部を、限定されることはないがＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓを含む成分に分離する。さらに、サブシステム３００は導管２２３を介して硫黄低減サブシステム４００に流動連通して連結されている。サブシステム４００は酸性ガス成分の少なくとも一部を受領し、限定されることはないがＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓを含む成分に分離する。さらに、サブシステム４００はサブシステム３００及び最終統合ガス流導管２２４を介して最終統合ガス流（図示せず）を反応器２０８に送る。この最終統合ガス流は、以下にさらに述べるように、先の統合ガス流（図示せず）から得られた所定濃度のＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓを含んでいる。
【００２３】
サブシステム３００は導管２２４を介して反応器２０８に流動連通して連結され、最終統合ガス流は反応器２０８の所定の部分に送られる。サブシステム３００及び４００を介したＣＯ2、ＣＯＳ、及びＨ2Ｓの分離と除去は、浄化シンガス導管２２８を介してガスタービン１１４に送られる浄化シンガス流（図示せず）の生成を促進する。
【００２４】
作動の際、空気分離ユニット２０２は導管２０４を介して空気を受領する。空気はＯ2、Ｎ2及びその他の成分に分離される。このその他の成分はベントを介して排気され、Ｎ2は導管２０６を介してタービン１１４に送られ、Ｏ2は導管２１０を介してガス化反応器２０８に送られる。また、作動の際、石炭粉砕・スラリー化ユニット２１１は、それぞれ導管２１２及び２１３を介して石炭及び水を受領し、石炭スラリー流を形成し、この石炭スラリー流を導管２１４を介して反応器２０８に送る。
【００２５】
反応器２０８は、導管２１０を介してＯ2を、導管２１４を介して石炭を、そしてサブシステム３００からの最終統合ガス流を導管２２４を介して受領する。反応器２０８は、導管２１８を介して装置１４４に送られる高温の原料シンガス流を生成する。反応器２０８で形成されたスラグ副生物はスラグ処理ユニット２１５並びに導管２１６及び２１７を介して除去される。装置１４４は高温の原料シンガス流の冷却を促進して冷却された原料シンガス流を生成し、これが導管２１９を介して洗浄・ＬＴＧＣユニット２２１に送られ、そこで粒子状物質がフライアッシュ導管２２２を介してシンガスから除去され、このシンガスがさらに冷却され、ＣＯＳの少なくとも一部分が加水分解によってＨ2ＳとＣＯ2に変換される。冷却された原料シンガス流は酸性ガス除去サブシステム３００に送られ、そこで酸性ガス成分が実質的に除去され、その結果浄化シンガス流が形成され、導管２２８を介してタービン１１４に送られる。
【００２６】
さらに、作動中、シンガス流から除去された酸性成分の少なくとも一部分は導管２２３を介してサブシステム４００に送られ、そこで酸性成分が除去され分離されて、最終統合ガス流がサブシステム３００及び導管２２４を介して反応器２０８に送られる。加えて、タービンエンジン１１０はそれぞれ導管２０６及び２２８を介してＮ2及び浄化シンガスを受領する。ガスタービンエンジン１１０はシンガス燃料を燃焼し、高温の燃焼ガスを生成し、高温の燃焼ガスを下流に送り、タービン１１４の回転を引き起こし、このタービンが続いてローター１２０を介して第１の発電機１１８を回転する。
【００２７】
熱伝達装置１４４を介して高温のシンガスから除去された熱の少なくとも一部分は導管１４６を介してＨＲＳＧ１４２に送られ、そこでこの熱を用いて水を沸騰させて蒸気を形成する。この蒸気は導管１５０を介して蒸気タービン１３２に送られ、タービン１３２の回転を引き起こす。タービン１３２は第２のローター１３６を介して第２の発電機１３４を回転する。
【００２８】
図２は、従来のガス化反応器、及びガス化システム、例えばＩＧＣＣ発電プラント１００（図１に示されている）のガス化反応器２０８により生成したガスを処理する方法の説明図である。従来、ガス化反応器２０８で生成したシンガスは冷却され、従来の洗浄ユニット（図示せず）で洗浄されて原料シンガスを生成し、これが酸性ガス除去（ＡＧＲ）サブシステム３００に供給される。ＡＧＲサブシステム３００は、硫化水素及びＣＯＳの形態の硫黄を、ある量の二酸化炭素と共に吸収して、導管２２８を介する浄化シンガスと、主として吸収された硫化水素、ＣＯＳ及び二酸化炭素からなる導管２２３を介する酸性ガス流とを生成する。酸性ガスは硫黄低減サブシステム４００に送られて、存在する硫黄をＣｌａｕｓ反応によって元素態硫黄に変換するのに使用される。Ｃｌａｕｓ反応では、最初、存在する硫化水素の一部が酸化されて二酸化硫黄を形成する。元素態硫黄も形成され、これは約９５〜９９％の収率で回収され得る。Ｃｌａｕｓ反応は幾つかの連続した反応器、例えば３つの反応器で起こる。この連続した各反応器で、硫黄が液体生成物として除去される。硫黄低減サブシステムから排出される流出液４１２は主として、未反応の硫化水素及び二酸化硫黄と共に二酸化炭素、窒素及び水蒸気からなる。Ｃｌａｕｓテールガスといわれる流出液４１２は、通常、硫黄を除去するためにさらなる処理が必要である。この処理はテールガス処理といわれ、使用される最も一般的な方法はＳＣＯＴ（Ｓｈｅｌｌ  Ｃｌａｕｓオフガス処理）として公知である。かかる処理において、流出液４１２は水素化ユニット４１４に送られ、そこでＣｌａｕｓテールガス４１２が水素化されて二酸化硫黄が硫化水素に変換される。次に、この水素化されたガスは冷却ユニット４１６で冷却されて水蒸気を復水４１８として除去することが可能であり、こうして冷却されたガスはアミン接触ユニット４２０に送られ、そこで硫化水素が捕捉される。溶媒は再生されて、硫化水素を含有する流れ４２２が生成し、これは硫黄低減サブシステム４００にリサイクルされる。吸収されなかったオフガスは熱酸化機４２４に送られる。
【００２９】
図３は、代表的なガス化ユニット２０５、及びユニット２００（図１に示されている）のようなガス化ユニット２０５により生成したガスを処理する方法を示す。代表的な実施形態では、水素化ユニット４１４は任意であり（破線で囲って示されている）、アミン接触ユニット４２０（図２に示されている）は省略され、Ｃｌａｕｓテールガス４１２はガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルされる。
【００３０】
また、代表的な実施形態では、ガス化反応器２０８で生成されたシンガスは冷却され洗浄されて、酸性ガス除去サブシステム３００に送られる原料シンガスを生成する。酸性ガス除去サブシステム３００は硫黄を硫化水素及びＣＯＳとして、ある量の二酸化炭素と共に吸収する。浄化シンガス流は導管２２８を介して生成され、酸性ガス流は導管２２３を介して生成される。酸性ガス流は主として吸収された硫化水素、ＣＯＳ及び二酸化炭素を含んでいる。酸性ガスは導管２２３を介して硫黄低減サブシステム４００に供給され、そこで、上でより詳細に記載したように、存在する硫黄がＣｌａｕｓ反応によって元素態硫黄に変換される。例えば、１つ、２つ又は３つの連続した反応器をこの反応に使用し得る。各反応器の後、硫黄は液体生成物として除去される。硫黄低減サブシステム４００から排出される流出Ｃｌａｕｓテールガス４１２は主として、未反応の硫化水素及び二酸化硫黄と共に、二酸化炭素、窒素及び水蒸気〜なる。ある実施形態では、流出テールガス４１２は次いで、中間の水素化処理を介することなく、またアミンと接触させることなく、直接冷却ユニット４１６に送られるか、又は導かれる。代わりの実施形態では、流出テールガス４１２は水素化ユニット４１４に導かれ、そこでテールガスが水素化されて二酸化硫黄が硫化水素に変換されたのち、アミンと接触することなく、冷却ユニット４１６に導かれる。冷却ユニット４１６内で、ガスは冷却されて水蒸気を復水４１８として効果的に除去する。
【００３１】
冷却されたテールガスは次にガス乾燥ユニット４３０、例えばグリコール又はメタノール接触器に供給されて、残りの痕跡量の水の除去を促進することで、テールガスの腐食効果を最小限に抑える。ガス乾燥ユニット４３０で乾燥された後、テールガスは圧縮機４２６に送られ、ガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルされる前に圧縮される。
【００３２】
一実施形態では、リサイクルされるガスは全てガス化反応器２０８に導かれる。別の実施形態では、リサイクルされるガスは全て酸性ガス除去サブシステム３００に導かれる。さらに別の実施形態では、リサイクルされるガスの一部分はガス化反応器２０８に導かれ、リサイクルされるガスの対応する一部分は酸性ガス除去サブシステム３００に導かれる。例えば、リサイクルされるガスの２５％がガス化反応器２０８に導かれる場合、リサイクルされるガスの対応する７５％が酸性ガス除去サブシステム３００に導かれる。
【００３３】
代表的な実施形態では、生成したテールガスをリサイクルする方法が提供される。この方法では、酸性ガス流中に存在する硫黄を中間の水素化なしで元素態硫黄に変換し、ガス化反応器２０８及び酸性ガスサブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルされるテールガスを生成し得る。ガス化反応器２０８により生成した原料ガスを酸性ガス除去サブシステム３００に導き、原料ガスからの成分の一部分を除去して酸性ガス流と浄化ガス流を生成する。酸性ガス流を硫黄低減サブシステム４００に送り、酸性ガス流中に存在する硫黄を元素態硫黄に変換してテールガスを生成する。ある実施形態では、テールガスを冷却ユニット４１６に導いて、テールガスの作動温度の低下を促進する。代わりの実施形態では、流出テールガス４１２を水素化ユニット４１４に導き、そこでテールガスを水素化して、アミンと接触させることなく二酸化硫黄を硫化水素に変換した後、冷却ユニット４１６に導く。冷却ユニット４１６内で、テールガスを冷却して水蒸気を復水４１８として効果的に除去する。冷却されたテールガスを冷却ユニット４１６からガス乾燥ユニット４３０に導いてテールガスの乾燥を促進する。
【００３４】
別の代表的な実施形態では、この方法は、テールガスを硫黄低減サブシステム４００から圧縮機４２６に導くことを含んでいる。圧縮機４２６は、テールガスをガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルする前にこのガスを圧縮する。
【００３５】
ある代表的な実施形態では、酸性ガス除去サブシステム３００からリサイクルされた二酸化炭素４２８は、場合により、テールガスをガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルする前に、かかるガスを圧縮機４２６に送り圧縮してもよい。或いは、テールガスは、ガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つに入る前にアミンと接触させることなくリサイクルしてもよい。
【００３６】
さらなる代表的な実施形態では、テールガス中の小量の二酸化硫黄は未反応又は未変換のまま残り得るので、ＣＯＳ加水分解触媒を加えて、全ての硫黄を確実に反応又は変換させて硫化水素を形成することができる。
【００３７】
本明細書に記載されているようにガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにテールガス流をリサイクルすることで、従来のプラントで一般に使用されている水素化ユニット及びアミン接触ユニットでＣｌａｕｓテールガスを処理することのコストと複雑さの削減が容易になる。また、テールガスをガス化反応器２０８及び酸性ガス除去サブシステム３００の少なくとも１つにリサイクルするので、低減したコストのＣｌａｕｓ反応をより低い回収又は、例えばより少ない回収段階で使用し得る。コストはまた、濃縮空気を使用するのではなく、十分な酸素を吹き込むＣｌａｕｓ反応を最小の段階数で使用して、例えば約９０−９５％の硫黄回収という収率を達成することによっても低減される。
【００３８】
任意のテールガス水素化ユニット、及び所望の場合のアミン接触ユニットの削除に伴う節約は、ガスの乾燥及び圧縮を行う際の追加のコスト、並びに現存するＣＯＳユニットに水素化触媒を添加することに伴うあらゆるコストより大きいと推定される。さらに、乾燥テールガスの圧縮は、信頼性が高くなければならず、また熱酸化機４２４とその排気、及び通常の燃料ガスエネルギー消費の削除を可能にしなければならない。また、酸性ガス除去ユニットからの二酸化炭素をテールガスに添加し、高い二酸化炭素含有量のテールガスをガス化ユニット及び酸性ガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルすることで、炭素の変換及びＣＯ生産の増大が促進され、その結果全体のＩＧＣＣ効率がさらに増大する。
【００３９】
本明細書に記載した合成ガス（シンガス）生産のための方法と装置は、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント、具体的にはシンガス生産システムの作動を容易にする。特に、シンガス生産流体の流れからの硫化水素（Ｈ2Ｓ）と硫化カルボニル（ＣＯＳ）の除去の増大により、シンガス生産効率が増大する。より具体的には、ガス化反応器への二酸化炭素（ＣＯ2）供給流中のＨ2ＳとＣＯＳの濃度を低減することで、ガスタービンに送られる浄化シンガス内の不純物の濃度の低減が容易になる。さらに、本明細書に記載されているように、統合吸収装置を実質的に連続的にＨ2ＳとＣＯＳを除去するように構成することで、シンガス生産プロセスを最適に作動させることが容易になり、ＩＧＣＣプラント生産効率を改良することが容易になることにより、作動コストの低減が容易になる。さらにまた、かかる方法は、Ｈ2ＳとＣＯＳの濃度の低減がこれらの化合物の環境適合制限に対する作動限界の増大を促進するので、過度の排気放出の回避が容易になる。環境中にテールガスを排気することなく、実質的に全てのガスがガス化反応器及び酸性ガス除去サブシステムの少なくとも１つにリサイクルされる。また、本明細書に記載されているかかるシンガスを生成するための方法と装置は、かかるＩＧＣＣプラントを製造することに伴う資本コストの低減を容易にする。
【００４０】
以上、ＩＧＣＣプラントに関連してシンガス生産の代表的な実施形態を詳細に説明した。本方法、装置及びシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態又は例示された特定のＩＧＣＣプラントに限定されない。また、かかる方法、装置及びシステムはＩＧＣＣプラントに限定されることはなく、一般に、限定されることはないが水素生産、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ燃料生産プロセス、並びにガス化システム及びガス浄化システムを包含する設備内に組み込むことができる。
【００４１】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明して来たが、当業者には特許請求の範囲内に入る思想と範囲内の修正を加えて本発明を実施することができることが理解されよう。
【００４２】
本明細書では、最良の態様を含めて本発明を開示し、また、当業者があらゆるデバイス又はシステムを作成し使用し、またあらゆる組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することができるように、例を用いた。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲に定義されており、当業者には自明の他の例を包含し得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有するか、又は特許請求の範囲の文言と実質的ではない差違をもつ等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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