(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化施設であって、
ガス化装置と、
前記ガス化装置と流体連通しており、前記ガス化装置で生成した１以上のガスを受け取って冷却し、前記１以上のガスを冷却することにより発生した熱を回収し、回収した熱を用いて過熱蒸気を生成するように構成された高温ガス冷却器と、
前記高温ガス冷却器と流体連通しており、前記ガス冷却器により過熱蒸気の少なくとも一部が送給され、前記ガス化施設内で利用される出力を提供するため前記過熱蒸気によって作動される２つの蒸気利用装置であって、該２つの蒸気利用装置の１つが前記高温ガス冷却器と流体連通しており、前記高温ガス冷却器で生成された前記過熱蒸気の少なくとも一部を利用して電力を出力として生成するように構成された蒸気タービンを含む、前記２つの蒸気利用装置と、
前記蒸気タービンと電気的に接続され、前記蒸気タービンで発生した電力の一部を受けるように構成され、前記蒸気タービンからの電力出力により少なくとも部分的に作動され、空気から酸素を分離する空気分離ユニットと
を備え、
前記２つの蒸気利用装置の他の１つが、電力の出力を生成する蒸気タービンを介さずに前記高温ガス冷却器と流体連通した、前記空気分離ユニットの少なくとも１つの圧縮機を含み、
前記空気分離ユニットの前記少なくとも１つの圧縮機が、前記過熱蒸気の少なくとも一部を受けてこれにより駆動されるように構成され、
前記空気分離ユニットが、前記ガス化装置への酸素の供給のために前記ガス化装置に動作的に接続される、
ガス化施設。
【請求項２】
前記高温ガス冷却器が放射合成ガス冷却器を含む、請求項１記載のガス化施設。
【請求項３】
前記高温ガス冷却器がまた、前記ガス化施設から離れた過熱蒸気のユーザと流体連通しており、これにより前記高温ガス冷却器で発生した過熱蒸気の少なくとも一部は、前記ガス化施設から離れた過熱蒸気のユーザに送給することができる、請求項１または２記載のガス化施設。
【請求項４】
前記蒸気タービンはまた、前記ガス化施設から離れた電力のユーザに電気的に接続され、これにより蒸気タービンで発生した電力の他の一部は、前記ガス化施設から離れた電力のユーザに送給することができる、請求項１乃至３のいずれかに記載のガス化施設。
【請求項５】
前記高温ガス冷却器と流体連通し、前記高温ガス冷却器で最初に冷却された１以上のガスを受け取ってさらに冷却し、該冷却した１以上のガスから熱を回収して、前記高温ガス冷却器で使用するためボイラー供給水を少なくとも部分的に過熱するように構成された低温ガス冷却器と、
前記低温ガス冷却器で回収された熱により少なくとも部分的に加熱されたボイラー供給水を前記低温ガス冷却器から前記高温ガス冷却器に送給するように構成された搬送手段と、
をさらに含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス化施設。
【請求項６】
前記低温ガス冷却器と流体連通し、前記低温ガス冷却器で冷却された１以上のガスから硫黄化合物を除去する硫黄除去ユニットを含む、
請求項５記載のガス化施設。
【請求項７】
前記高温ガス冷却器が、前記ガス化施設の総エネルギー需要のみを満たすのに十分な電力だけを前記蒸気タービンで生成するのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される、請求項１乃至６のいずれかに記載のガス化施設。
【請求項８】
前記高温ガス冷却器が、空気分離器のエネルギー需要のみを満たすのに十分な電力だけを前記蒸気タービンで生成するのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される、請求項１乃至７のいずれかに記載のガス化施設。
【請求項９】
前記高温ガス冷却器と流体連通し、前記高温ガス冷却器で最初に冷却された１以上のガスを受け取ってさらに冷却し、該冷却した１以上のガスから熱を回収するように構成された低温ガス冷却器をさらに含み、前記蒸気タービンが、低温ガス冷却器と流体連通し、これにより前記蒸気タービンからの復水を前記低温ガス冷却器に送給することができる、請求項１乃至８のいずれかに記載のガス化施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガス化施設に関し、詳細には、高温ガス冷却器及び空気分離ユニットを含むガス化施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のタイプのガス化プラント又は施設が知られている。このようなプラント又は施設に共通する特徴は、蒸気と限定量の空気又は酸素との雰囲気中に加圧状態で原材料又は燃料に熱を加えることによって、「シンガス」とも呼ばれるガス状生成物に炭化水素原材料又は燃料が転化される密閉加圧炉の性質を有するガス化装置である。通常利用される炭化水素原材料又は燃料は、例えば、石炭、石油、及びバイオマスである。
【０００３】
ガス化装置への空気又は酸素の導入は、原材料又は燃料の比較的小部分だけが完全燃焼するように制御される。この燃料の部分燃焼は、プロセスが必要とする熱の少なくとも一部を提供する。炭化水素原材料又は燃料の残りは、ガス化装置で熱及び圧力が加えられた状態で化学的に分解される。生成される特定のガス状生成物は、１つには、使用される原材料のタイプ及びガス化装置内に適用される条件に応じて変わる。通常生成されるガス状生成物の実施例は、一酸化炭素及び水素を含む。
【０００４】
多くの場合、ガス化プラント又は施設では、空気を用いると大量の窒素を処理する必要があり、これを行うにはコストがかかる可能性があるので、空気ではなく酸素を用いることが好ましい。また、窒素は、不都合なことに、生成されるガス状生成物を希釈する可能性がある。その結果として、ガス化プラントは、多くの場合、空気中の酸素を窒素から分離し、ガス化装置を稼働するのに必要とされる程度の量の酸素だけをガス化装置に送給する空気分離器を含むことになる。
【０００５】
ガス化プロセスで生成されるガス状生成物は、様々な形で適用することができる。しかしながら、通常は、ガス状生成物は最初に冷却され、粒子状物質及び硫黄化合物を取り除いて清浄にする。冷却プロセスは、ガス状生成物から高温熱を除去することができる放射型合成ガス（シンガス）冷却器のような高温冷却器と、ガス状生成物から低温熱を除去することができる低温冷却器との両方の使用を必要とする可能性がある。或いは、冷却プロセスは、低温熱だけがガス状生成物から回収される場合に、高温のシンガスのクエンチングを提供することができる。冷却され清浄にされた後、ガス状生成物は、燃料に転化され、又は燃料として直接使用され、或いは、プラスチックス及び化学肥料などの化学製品の構成単位として役割を果たすことができる。代替として、又はこれに加えて、冷却及び清浄後のガス状生成物は、水素を分離することができ、分離した水素は、例えば、燃料電池の作動及び精製工程など、様々な形で適用することができる。
【０００６】
特定の応用では、ガス化施設は、電力を供給する役割を果たす、ガス化複合サイクルすなわちＩＧＣＣ発電プラントとして知られるものに組み込むことができる。ＩＧＣＣ発電プラントで、冷却及び清浄の次に、ガス状生成物は複合サイクル発電プラントに送給され、ここでガス状生成物がガスタービン発電機で燃焼されて電力を発生し、また、ガスタービンからの排熱を利用して蒸気を生成し、該蒸気は、追加の電力生成のため蒸気タービン発電機を駆動するのに使用される。
【発明の概要】
【０００７】
以下は、本発明の幾つかの例示的な態様の基本的理解を提供するために本発明の簡易的な要約を提示している。この要約は、本発明について広範囲にわたって概説するものではない。その上、この要約は、本発明の重要な要素を特定すること、及び本発明の技術的範囲を正確に説明することを意図するものではない。この要約の唯一の目的は、後述する詳細な説明の前置きとして本発明の幾つかの概念を簡易的な形態で示すことである。
【０００８】
１つの態様によれば、本発明は、ガス化装置と、該ガス化装置と流体連通した高温ガス冷却器とを含むガス化施設を提供する。高温ガス冷却器は、ガス化装置で生成した１以上のガスを受け取って冷却し、１以上のガスを冷却することにより発生した熱を回収し、回収した熱を用いて過熱蒸気を生成するように構成される。ガス化施設は、ガス化施設に関連付けられ且つ高温ガス冷却器と流体連通した蒸気利用装置を含む。ガス冷却器は、蒸気利用装置に過熱蒸気の少なくとも一部を送給する。蒸気利用装置は、過熱蒸気により運転され、ガス化施設内で利用される出力を提供する。ガス化施設は、蒸気利用装置の出力からの出力によって少なくとも部分的に運転される空気分離ユニットを含む。
【０００９】
１つの態様によれば、本発明は、ガス化装置、高温ガス冷却器、及び空気分離ユニットを含むガス化施設を運転する方法を提供する。本方法は、ガス化装置で１以上のガスを生成する段階と、ガス化装置で生成された１以上のガスを高温ガス冷却器に送給する段階とを含む。本方法は、ガス化装置から高温ガス冷却器に送給された１以上のガスを高温ガス冷却器で冷却して、１以上のガスの冷却によって発生した熱を回収する段階を含む。本方法は、高温ガス冷却器で１以上のガスの冷却によって発生して回収した熱を用いて過熱蒸気を生成する段階を含む。本方法は、過熱蒸気の少なくとも一部をガス化施設に関連する蒸気利用装置に送給する段階を含む。本方法はさらに、過熱蒸気を用いて蒸気利用装置を運転し、ガス化施設内で利用される出力を提供する段階さらに含む。
【００１０】
本発明の前述及び他の態様は、添付図を参照して以下の説明を読むと、本発明に関連する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】本発明の特定の例示的な実施形態を示す概略ブロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の１以上の態様を組み込んだ実施例としての実施形態について、説明し且つ図面に示している。これらの図示した実施例は、本発明を限定しようとするものではない。例えば、本発明の１以上の態様は、他の実施形態に利用することができ、さらに、他のタイプの装置にも利用することができる。その上、本明細書で使用される特定の用語は便宜上のものに過ぎず、本発明に対する限定として解釈すべきではない。さらにまた、図面では、同じ参照符号は同じ要素を示すのに利用される。
【００１３】
図１に、炭化水素原材料を利用するタイプの何れかとすることができる反応器の性質を有するガス化装置１０を含むガス化施設又はプラントが概略的に示されている。このようなガス化装置は、当業者には周知であり、ここでは詳細には説明しない。また、ガス化プラントには、空気中の酸素を窒素及び他のガスから分離し、ガス化装置中の
ガス化反応の実行に必要とされる程度の量の酸素をガス化装置１０に送給する空気分離ユニット１２が含まれる。
【００１４】
ガス化施設はさらに、ガス化装置と流体連通した高温ガス冷却器１４を含む。ガス冷却器１４は、ガス化装置１０で生成された１以上のガス（一般的に「シンガス」と呼ばれる）を受け取って冷却し、該１以上のガスの冷却によって発生した熱を回収するように構成される。ガス冷却器１４はまた、回収された熱を用いて過熱蒸気を生成するように構成される。固相粒子状物質は、符号２２でガス冷却器１４でシンガスから除去される。使用できる高温ガス冷却器の実施例は、いわゆる、当業者にはよく知られた放射型合成ガス又はシンガス冷却器であるが、他のタイプの高温ガス冷却器を利用してもよい。
【００１５】
ガス化施設はまた、高温ガス冷却器１４と流体連通した低温ガス冷却器１６を含む。冷却器１６は、高温ガス冷却器で最初に冷却された１以上のガスを受け取ってさらに冷却し、該冷却器１６で１以上のガスから熱を回収するように構成されている。その後、ガスは、硫黄化合物を除去する硫黄除去ユニット１８に運ばれる。次に、ガスは、発電プラント用の燃料、又は図１における２０で示すように化学製品用の構成単位のような様々な形で使用される条件のものである。
【００１６】
高温ガス冷却器は、発電用の蒸気タービン発電機への適用にはあまり好適ではない特性を通常は有する蒸気を生成するよう設計され構成されていることは知られている。しかしながら、本発明の１つの態様によれば、高温ガス冷却器１４は、放射型シンガス冷却器又はその他のものであっても、ガス化装置１０で生成された１以上のガスからの熱を回収し、当該回収された熱を用いて蒸気タービン発電機への適用に特に好適な過熱蒸気を生成するように構成されている。ガス冷却器１４が過熱蒸気を生成するようどのように構成できるかに関する詳細事項は、このようにする方法は当業者にはよく知られているので、ここでは説明しない。
【００１７】
過熱蒸気が生成されたときの使用方法についての説明に進むが、図１に示すガス化施設は、符号２４で高温ガス冷却器１４と流体連通した蒸気タービン２６を含む点を理解されたい。蒸気タービンは、ガス冷却器１４にて冷却される１以上の高温ガスから回収された熱を用いてガス冷却器１４にて生成される過熱蒸気の少なくとも一部を利用して電力を生成するように構成される。これに関連して、空気分離ユニット１２は、符号２８で概略的に示されるように、蒸気タービン２６に電気的に接続され、蒸気タービン２６で発生する電力を用いて作動するように構成される。これに加えて、又は代替として、空気分離ユニット１２と共に含めることができる圧縮機ユニットは、符号３０で示すように高温ガス冷却器１４と流体連通し、ガス化装置１０で発生する１以上のガスを冷却することによって発生した回収熱を用いて生成される過熱蒸気の少なくとも一部を受け取るように構成され、これにより過熱蒸気が圧縮機ユニットを駆動する。過熱蒸気が空気分離ユニットの圧縮機を駆動する手法は、当業者には周知であり、ここでは説明しない。従って、蒸気タービン２６又は空気分離ユニット１２の圧縮機ユニットの何れか、或いは、蒸気タービン及び圧縮機ユニットの両方は、ガス化施設に関連付けられ、高温ガス冷却器と流体連通した蒸気利用装置の実施例である。
【００１８】
図１に符号３２で概略的に示されるように、高温ガス冷却器１４はまた、ガス化施設自体における他のユーザ及びガス化施設から離れた他のユーザを含む、蒸気タービン２６及び／又は空気分離ユニット１２における圧縮機以外の過熱蒸気のユーザと流体連通することができ、これにより高温ガス冷却器１４にて生成された過熱蒸気の少なくとも一部をこのようなユーザに送給することができる。例えば、高圧蒸気は、下流の精製所又は化学処理プラントで、或いは、ガス化プラントから離れた発電プラントで用いることができる。
【００１９】
同様に、図１の符号３４で概略的に示されるように、蒸気タービン２６はまた、ガス化施設自体における他のユーザ及びガス化施設から離れた他のユーザを含む、空気分離ユニット１２以外の電力のユーザに電気的に接続することができ、これにより蒸気タービン２６にて生成された電力の少なくとも一部は、任意的な送出電力としてガス化施設から離れた電力のこのようなユーザに送給することができ、これによりタービン２６にて生成された電力の少なくとも一部は、ガス化施設から離れた電力のこのようなユーザに送給することができる。タービン２６にて生成された電力の一部は、ガス化プラント自体内の他の場所に符号３４にて移送することができる。
【００２０】
従って、蒸気利用装置（例えば、蒸気タービン２６、空気分離ユニットの圧縮機ユニット、又は蒸気タービン及び圧縮機ユニットの両方）の出力は、電気及び／又は圧縮力であり、ガス化施設内で利用される。
【００２１】
再度、低温ガス冷却器１６に移ると、上述のように、冷却器は、高温ガス冷却器１４で最初に冷却された１以上のガスを受け取ってさらに冷却し、該１以上のガスから熱を回収するように構成される。低温ガス冷却器１６は、該低温ガス冷却器１６で冷却された１以上のガスから回収した熱を加えて、高温ガス冷却器１４にて用いるため、管体のような図１の搬送手段５０で示されるボイラー供給水を少なくとも部分的に加熱するように構成することができる。このような構成は、追加の蒸気生成を可能にし、より高いシステム効率をもたらすことができる。
【００２２】
再度、蒸気タービン２６を参照すると、蒸気タービンは、低温ガス冷却器１６と流体連通することができ、これにより、図１の符号４０にて概略的に示すように、蒸気タービンからの復水を低温ガス冷却器に送給することができる。次いで、復水は、直ぐ上の前段にて説明した高温ガス冷却器１４にて使用されるボイラー供給水の一部になる。詳細な例示的実施形態では、高温ガス冷却器１４は、ガス化施設の総エネルギー需要のみを満たすのに十分な電力だけを蒸気タービン２６で生成するのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される。別の特定の例示的実施形態では、ガス化施設の総エネルギー需要のみを満たすのに必要な量を超えるあらゆる熱は、様々な方法で処理することができる。例えば、この熱は、処理工程に送出するため低圧蒸気の生成に用いることができ、或いは、冷却水又はファンを利用して放散することができる。
【００２３】
本発明の実施形態の上述の説明に基づいて、ガス化装置１０、例えば放射型合成ガス冷却器のような高温ガス冷却器１４、及び空気分離ユニット１２を含むガス化施設を運転する方法が提供されることは理解されるであろう。１つの態様では、本方法は、ガス化装置１０で１以上のガスを生成する段階と、ガス化装置１０で生成された１以上のガスを高温ガス冷却器に送給する段階と、ガス化装置から高温ガス冷却器に送給された１以上のガスを高温ガス冷却器で冷却する段階と、１以上のガスの冷却によって発生した熱を回収する段階とを含む。本方法はさらに、高温ガス冷却器１４で１以上のガスの冷却によって発生して回収した熱を用いて過熱蒸気を生成する段階と、高温ガス冷却器１４で１以上のガスの冷却によって回収した熱により発生する過熱蒸気の少なくとも一部を蒸気タービン２６に送給する段階と、蒸気タービンに送給された過熱蒸気を用いて蒸気タービンで電力を生成し、蒸気タービンで生成した電力の少なくとも一部を空気分離ユニット１２に送給する段階と、を含む。
【００２４】
別の例示的な実施形態では、本発明は、ガス化装置１０、例えば放射型合成ガス冷却器のような高温ガス冷却器１４、及び空気分離ユニット１２を含むガス化施設を運転する方法を含み、本方法は、ガス化装置で１以上のガスを生成する段階と、ガス化装置１０で生成された１以上のガスを高温ガス冷却器に送給する段階と、ガス化装置から高温ガス冷却器に送給された１以上のガスを高温ガス冷却器１４で冷却する段階と、１以上のガスの冷却によって発生した熱を回収する段階とを含む。本方法はさらに、高温ガス冷却器１４で１以上のガスの冷却によって発生して回収した熱を用いて過熱蒸気を生成する段階と、過熱蒸気の少なくとも一部を空気分離ユニット１２における圧縮機に送給する段階と、圧縮機に送給された過熱蒸気を用いて空気分離ユニットにおける圧縮機を駆動する段階と、を含む。
【００２５】
本発明の１つの態様はまた、上記の２つの段落で説明した方法で生成される過熱蒸気の少なくとも一部が、ガス化施設から離れた過熱蒸気の１以上のユーザに送給される例示的な方法を提供する。本発明の別の態様は、上記の２つの段落の方法で説明したような過熱蒸気により蒸気タービン２６にて生成した電力の少なくとも一部が、ガス化施設から離れた電力の１以上のユーザに送給される例示的な方法を提供する。
【００２６】
本発明の別の態様は、ガス化施設が低温ガス冷却器１６を含み、高温ガス冷却器１４で冷却されていた１以上のガスを低温ガス冷却器に送給する段階と、高温ガス冷却器から低温ガス冷却器に送給された１以上のガスを低温ガス冷却器で冷却する段階と、１以上のガスが低温ガス冷却器で冷却されるときに、高温ガス冷却器から低温ガス冷却器に送給される１以上のガスから熱を回収する段階と、を含む例示的な方法を提供する。本方法はさらに、低温ガス冷却器１６で冷却される高温ガス冷却器１４からの１以上のガスから回収した熱を加えて、高温ガス冷却器で用いるため、ボイラー供給水を少なくとも部分的に加熱する段階と、回収された熱により少なくとも部分的に加熱されるボイラー供給水を高温ガス冷却器に送給する段階とを含む。
【００２７】
本発明の別の態様は、蒸気タービン２６で生成された復水が低温ガス冷却器１６に送給される例示的な方法を提供する。
【００２８】
本発明のさらに別の態様は、高温ガス冷却器１４で生成された過熱蒸気の全てが蒸気タービン２６に送給され、高温ガス冷却器は、ガス化施設の総エネルギー需要のみを満たすのに十分な電力だけを蒸気タービン２６で生成するのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される、例示的な方法を提供する。
【００２９】
本発明のさらに別の態様は、高温ガス冷却器１４で生成された過熱蒸気の全てが蒸気タービン２６に送給され、高温ガス冷却器は、空気分離ユニット１２の総エネルギー需要のみを満たすのに十分な電力だけを蒸気タービンで生成するのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される、例示的な方法を提供する。
【００３０】
本発明のさらに別の態様は、高温ガス冷却器１４で生成された過熱蒸気の全てが空気分離ユニット１２に送給され、高温ガス冷却器は、空気分離ユニットにおける圧縮機のエネルギー需要のみを満たすのに必要とされる当該量の過熱蒸気のみを生成するように構成される、例示的な方法を提供する。
【００３１】
本発明を好ましい実施形態を参照しながら説明してきた。本明細書を読み理解すると、当業者であれば修正及び代替形態が想起されるであろう。本発明の１以上の態様を組み込む例示的な実施形態は、添付の請求項の技術的範囲内にある限り、かかる全ての修正及び代替を含むものとする。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ガス化装置
１２  空気分離ユニット
１４  シンガス冷却器（ＲＳＣ）
１６  低温ガス冷却器
１８  硫黄除去
２０  化学／水素製品
２４  過熱システム
２６  蒸気タービン
【図１】
0005750054.tif 000002