(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質材料のガス化方法であって、
ａ．  再利用チャーを反応槽下部に導入しそして前記反応槽下部の中で前記再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させることで熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせ、
ｂ．  前記合成ガスを前記反応槽下部から上方に移行させて反応槽上部に入らせそして前記反応槽上部の中で粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして２３２度Ｃから８１６度Ｃ（４５０度Ｆから１５００度Ｆ）の範囲内の温度で熱分解を起こさせることでｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせ、
ｃ．  前記混合生成物を前記反応槽上部から分離装置に通すことで前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させそして前記反応槽下部に供給原料として再循環させ、そして
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物流れを反応ゾーンに導入することで前記残存タールを除去する、
段階を含んで成っていて、液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを段階（ｂ）で前記気体状生成物流れに変化させることで前記段階（ａ）において発生した前記熱を回収することを含んで成る方法。
【請求項２】
段階（ａ）を１.０３ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１４０ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１４.７ｐｓｉｇから２０００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下８１６度Ｃから１９２７度Ｃ（１５００度Ｆから３５００度Ｆ）の範囲内の温度で実施する請求項１記載の方法。
【請求項３】
段階（ａ）を３.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１０５ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（５０ｐｓｉｇから１
５００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下１０９３度Ｃから１７６０度Ｃ（２０００度Ｆから３２００度Ｆ）の範囲内の温度で実施する請求項１記載の方法。
【請求項４】
段階（ｂ）を１.０３ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１４０ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１４.７ｐｓｉｇから２０００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下２３２度Ｃから８１６度Ｃ（４５０度Ｆから１５００度Ｆ）の範囲内の温度で実施する請求項１記載の方法。
【請求項５】
段階（ｂ）を３.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１０５ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（５０ｐｓｉｇから１
５００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下２６０度Ｃから７６０度Ｃ（５００度Ｆから１４００度Ｆ）の範囲内の温度で実施する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に１種以上の供給装置によって導入する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび前記チャーを前記反応槽下部に１種以上の分散装置によって導入する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび前記チャーを前記反応槽下部に１秒当たり６から３６ｍ（２０から１２０フィート）の範囲内の供給速度で導入しそして前記チャーが前記反応槽下部に滞留する時間を２から１０秒の範囲内にする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび前記チャーを前記反応槽下部に１秒当たり６から２７ｍ（２０から９０フィート）の範囲内の供給速度で導入しそして前記チャーが前記反応槽下部に滞留する時間を４から６秒の範囲内にする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に１秒当たり１.５から３０ｍ（５から１００フィート）の範囲内の供給速度で導入しそして前記粒子
状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーが前記反応槽上部に滞留する時間を５から４０秒の範囲内にする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に１秒当たり３から２４ｍ（１０から８０フィート）の範囲内の供給速度で導入しそして前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーが前記反応槽上部に滞留する時間を５から４０秒の範囲内にする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記液状担体を水、液状ＣＯ2、石油およびこれらの任意混合物から成る群より選択す
る請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記粒子状炭素質材料を石炭、褐炭、石油コークスおよびこれらの任意混合物から成る群より選択する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記スラリーの固体濃度を前記スラリーの総重量を基準にして３０から７０重量パーセントにする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記スラリーの固体濃度を前記スラリーの総重量を基準にして４５から６９重量パーセントにする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記酸素含有ガスを空気、酸素が豊富な空気、酸素およびこれらの混合物から成る群より選択する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記反応ゾーンに１種以上のタール分解用触媒を含有して成る触媒床を１種以上含有させることでタールを分解させる請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記反応ゾーン内の温度を１.０３ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１４０ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１４.７ｐｓｉｇから２０００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下で３７１度Ｃから１０３８度Ｃ（７００度Ｆから１９００度Ｆ）の範囲内にする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記反応ゾーン内の温度を３.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１０５ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（５０ｐ
ｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力下で５３８度Ｃから９２７度Ｃ（１０００度Ｆから１７００度Ｆ）の範囲内にする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒床を１種以上のタール分解用触媒を含有して成る接触流動床にすることで前記残存タールを分解させそして炭素微粒子を一酸化炭素に変化させるか或は粒子状にして前記接触流動床を通過させる請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒床が接触固定床である請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記タール分解用触媒をゼオライト、担持ニッケル、石灰石およびこれらの混合物から成る群より選択する請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記反応ゾーンに１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床を１床以上含有させ、それによって前記タールを吸着させることでタールを吸着した吸着剤を生じさせる請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記吸着床を１床以上含有して成る反応ゾーン内の温度を９３度Ｃから５３８度Ｃ（２００度Ｆから１０００度Ｆ）の範囲内にしかつ圧力を１.０３ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１０５ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１４.７ｐｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ）の範囲内にする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記吸着床を１床以上含有して成る反応ゾーン内の温度を１２１度Ｃから３１６度Ｃ（２５０度Ｆから６００度Ｆ）の範囲内にしかつ圧力を３.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから１０５ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（５０ｐｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ）の範囲内にする請求項２３記載の
方法。
【請求項２６】
前記吸着床を１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る流動床にすることで前記タールを吸着させる請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
前記吸着床を１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る固定床にすることで前記タールを吸着させる請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
前記タール吸着用吸着剤を活性炭、ゼオライトおよび天然に存在するケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群より選択する請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
炭素質材料のガス化方法であって、
ａ．  再利用チャーを反応槽下部に導入しそしてその中で前記再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させることで熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるが、前記反応槽下部の温度を１３１６度Ｃから１６４９度Ｃ（２４００度Ｆから３０００度Ｆ）の範囲にしかつ前記反応槽下部の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１５０ｐｓｉｇから１
２００ｐｓｉｇ）の範囲にしかつ前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る前記流れおよび再利用チャーを前記反応槽下部に前記反応槽下部に位置させた１種以上の分散装置に通して１秒当たり９から１８ｍ（３０から６０フィート）の範囲の供給速度で導入しかつ前記再利用チャーが前記反応槽下部の中に滞留する時間を４から６秒の範囲にし、
ｂ．  前記合成ガスを前記反応槽下部から上方に移行させて反応槽上部に入らせそして前記反応槽上部の中で粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして熱分解を起こさせることでｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状
生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせるが、前記反応槽上部の温度を２８８度Ｃから７０４度Ｃ（５５０度Ｆから１３００度Ｆ）の範囲にしかつ前記反応槽上部の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇ）の範囲にしかつ前記粒
子状炭素質材料と前記液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に前記反応槽上部に位置させた１種以上の供給装置に通して１秒当たり６から１８ｍ（２０から６０フィート）の範囲の供給速度で導入しかつ前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーが前記反応槽上部の中に滞留する時間を５から４０秒の範囲にし、
ｃ．  前記混合生成物を前記反応槽上部から分離装置に通すことで前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させそして前記反応槽下部に供給原料として再循環させ、そして
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物流れをゼオライト、担持ニッケル、石灰石およびこれらの混合物から成る群より選択した１種以上のタール分解用触媒を含有させておいた１床以上の触媒床の中に導入するが、前記触媒床の温度を６４９度Ｃから８７１度Ｃ（１２００度Ｆから１６００度Ｆ）の範囲にしかつ前記触媒床の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１５０ｐｓ
ｉｇから１２００ｐｓｉｇ）の範囲にすることで前記残存タールを分解させる、
段階を含んで成っていて、液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを段階（ｂ）で前記気体状生成物流れに変化させることで前記段階（ａ）において発生した前記熱を回収することを含んで成る方法。
【請求項３０】
炭素質材料のガス化方法であって、
ａ．  再利用チャーを反応槽下部に導入しそしてその中で前記再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させることで熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるが、前記反応槽下部の温度を１３１６度Ｃから１６４９度Ｃ（２４００度Ｆから３０００度Ｆ）の範囲にしかつ前記反応槽下部の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１５０ｐｓｉｇから１
２００ｐｓｉｇ）の範囲にしかつ前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る前記流れおよび再利用チャーを前記反応槽下部に前記反応槽下部に位置させた１種以上の分散装置に通して１秒当たり９から１８ｍ（３０から６０フィート）の範囲の供給速度で導入しかつ前記再利用チャーが前記反応槽下部の中に滞留する時間を４から６秒の範囲にし、
ｂ．  前記合成ガスを前記反応槽下部から上方に移行させて反応槽上部に入らせそして前記反応槽上部の中で粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして熱分解を起こさせることでｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせるが、前記反応槽上部の温度を２６０度Ｃから７０４度Ｃ（５００度Ｆから１３００度Ｆ）の範囲にしかつ前記反応槽上部の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ（１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇ）の範囲にしかつ前記粒
子状炭素質材料と前記液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に前記反応槽上部に位置させた１種以上の供給装置に通して１秒当たり６から１８ｍ（２０から６０フィート）の範囲の供給速度で導入しかつ前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーが前記反応槽上部の中に滞留する時間を５から４０秒の範囲にし、
ｃ．  前記混合生成物を前記反応槽上部から分離装置に通すことで前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させそして前記反応槽下部に供給原料として再循環させ、そして
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物流れを活性炭、ゼオライトおよび天然に存在するケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群より選択した１種以上のタール吸着用吸着剤を含有させておいた１床以上の吸着床の中に導入するが、前記吸着床の温度を１４９度Ｃから２６０度Ｃ（３００度Ｆから５００度Ｆ）の範囲にしかつ前記吸着床の圧力を１０.５ｋｇ／ｃｍ2・ｇから８４ｋｇ／ｃｍ2・ｇ
（１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇ）の範囲にすることで前記残存タールを分解させる、
段階を含んで成っていて、液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを段階（ｂ）で前記気体状生成物流れに変化させることで前記段階（ａ）において発生した前記熱を回収することを含んで成る方法。
【請求項３１】
炭素質材料ガス化用装置であって、
ａ．  再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させて熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽下部、
ｂ．  前記反応槽下部から来た前記合成ガスを粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして２３２度Ｃから８１６度Ｃ（４５０度Ｆから１５００度Ｆ）の範囲内の温度で熱分解を起こさせてｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽上部、
ｃ．  前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させるための分離装置、および
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーン、
を含有して成りかつ液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを前記反応槽上部中で前記気体状生成物流れに変化させて前記反応槽下部で生じた前記熱を回収する装置。
【請求項３２】
前記反応槽下部が酸素含有ガスと蒸気を含有して成る前記流れおよび前記再利用チャーを前記反応槽下部に導入するための１種以上の分散装置を含有して成る請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
前記反応槽上部が前記粒子状炭素質材料と前記液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に供給するための１種以上の供給装置を含有して成る請求項３１記載の装置。
【請求項３４】
前記反応ゾーンが１種以上のタール分解用触媒を含有して成る触媒床を１床以上含有して成る請求項３１記載の装置。
【請求項３５】
前記触媒床が接触流動床である請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
前記触媒床が接触固定床である請求項３４記載の装置。
【請求項３７】
前記タール分解用触媒がゼオライト、担持ニッケル、石灰石およびこれらの混合物から成る群より選択される請求項３４記載の装置。
【請求項３８】
前記反応ゾーンが１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床を１床以上含有して成る請求項３１記載の装置。
【請求項３９】
前記吸着床が流動床である請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
前記吸着床が固定床である請求項３８記載の装置。
【請求項４１】
前記タール吸着用吸着剤が活性炭、ゼオライトおよび天然に存在するケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群より選択される請求項３８記載の装置。
【請求項４２】
前記反応槽上部が前記反応槽下部の上方に位置する請求項３１記載の装置。
【請求項４３】
炭素質材料ガス化用装置であって、
ａ．  再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させて熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽下部、ただし前記反応槽下部は前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび前記再利用チャーを前記反応槽下部に導入するための１種以上の分散装置を含有して成る、
ｂ．  前記反応槽下部から来た前記合成ガスを粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして２３２度Ｃから８１６度Ｃ（４５０度Ｆから１５００度Ｆ）の範囲内の温度で熱分解を起こさせてｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽上部、ただし前記反応槽上部は前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に供給するための１種以上の供給装置を含有して成る、
ｃ．  前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させるための分離装置、および
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーン、ただし前記反応ゾーンはゼオライト、担持ニッケル、石灰石およびこれらの混合物から成る群より選択される１種以上のタール分解用触媒を含有して成る触媒床を１床以上含有して成る、
を含有して成りかつ液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを反応槽上部中で前記気体状生成物流れに変化させて反応槽下部で生じた前記熱を回収する装置。
【請求項４４】
炭素質材料ガス化用装置であって、
ａ．  再利用チャーを酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れと一緒にして燃焼させて熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽下部、ただし前記反応下部は前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび前記再利用チャーを前記反応槽下部に導入するための１種以上の分散装置を含有して成る、
ｂ．  前記反応槽下部から来た前記合成ガスを粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを含有して成る流れと一緒にして２３２度Ｃから８１６度Ｃ（４５０度Ｆから１５００度Ｆ）の範囲内の温度で熱分解を起こさせてｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）前記液状担体に由来する気相を含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽上部、ただし前記反応槽上部は前記粒子状炭素質材料と液状担体とからなるスラリーを前記反応槽上部に供給するための１種以上の供給装置を含有して成る、
ｃ．  前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させるための分離装置、および
ｄ．  前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーン、ただし前記反応ゾーンは活性炭、ゼオライトおよび天然に存在するケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群より選択される１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床を１床以上含有して成る、
を含有して成りかつ液状担体と粒子状炭素質材料とからなる前記スラリーを反応槽上部中で前記気体状生成物流れに変化させて反応槽下部で生じた前記熱を回収する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、原料、例えば炭素質材料などをガス化させるためのガス化装置および方法に関する。炭素質材料をガス化させる目的で基本的な３種類の装置および方法が開発された。それらは（１）固定床ガス化、（２）流動床ガス化および（３）懸濁もしくは同伴ガス化である。本発明は３番目の種類の装置および方法、即ち懸濁もしくは同伴ガス化に関する。より詳細には、本発明は、炭素質材料をガス化させるための２段階同伴ガス化（ｔｗｏ  ｓｔａｇｅ  ｅｎｔｒａｉｎｅｄ  ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）装置および方法に関する。
【０００２】
ガス化装置および方法はしばしば一般に固体状の原料、例えば炭素質材料などを好ましい気体状生成物、例えば合成ガスなどに変化させようとする時に適用される。ガス化装置および方法の設計は簡潔であっても最大限の変換効率がもたらされるように行われるべきである。
【発明の要約】
【０００３】
本発明の１つの面は、炭素質材料のガス化方法に関し、この方法は、ａ）再利用チャーを反応槽下部に導入しそしてその中で前記再利用チャーを酸素含有ガスおよび／または蒸気を含有して成る流れと一緒にしてある程度燃焼させることで熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせ、ｂ）前記合成ガスを前記反応槽下部から上方に移行させて反応槽上部に入らせそしてその中で粒子状炭素質材料が液状担体に入っているスラリーを含有して成る流れと一緒にして熱分解を起こさせることでｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）気相を含有して成る混合生成物を生じさせ、ｃ）前記混合生成物を前記反応槽上部から分離装置に通すことで前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させそして前記反応槽下部に導入すべき供給原料として再循環させ、そしてｄ）前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物流れを反応ゾーンに導入することで前記残存タールを除去する段階を含んで成る。液状である前記担体と粒子状炭素質材料のスラリーを段階（ｂ）で気体状生成物流れに変化させることで前記段階（ａ）において発生した熱を回収する。本発明の１つの態様では、前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れを１種以上のタール分解用触媒を含有して成る触媒床を１床以上含有させておいた反応ゾーンの中に導入する。本発明の別の態様では、前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れを１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床を１床以上含有させておいた反応ゾーンの中に導入する。
【０００４】
本発明の別の面は、炭素質材料ガス化用装置に関し、この装置は、ａ）再利用チャーを酸素含有ガスおよび／または蒸気を含有して成る流れと一緒にしてある程度燃焼させて熱を発生させかつ合成ガスと融解スラグを含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽下部、ｂ）前記反応槽下部から来た前記合成ガスを粒子状炭素質材料が液状担体に入っているスラリーを含有して成る流れと一緒にして熱分解を起こさせてｉ）合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物流れ、ｉｉ）チャーおよびｉｉｉ）気相を含有して成る混合生成物を生じさせるための反応槽上部、ｃ）前記反応槽上部から来た前記混合生成物から前記チャーを分離させるための分離装置、およびｄ）前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る前記気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーンを含有して成る。反応槽上部内で液状である前記担体と粒子状炭素質材料のスラリーを反応槽上部内で気体状生成物流れに変化させることで反応槽下部で生じた前記熱を回収する。前記反応槽下部に更に前記酸素含有ガスと蒸気を含有して成る流れおよび再利用
チャーを前記反応槽下部に導入するための１種以上の分散装置も含有させる。前記反応槽上部に更に前記粒子状炭素質材料が液状担体に入っているスラリーを前記反応槽上部に供給するための１種以上の供給装置も含有させる。前記反応槽上部を、これらに限定するものでないが、前記反応槽下部の上方に位置させてもよい。本発明の１つの態様では、前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーンに、１種以上のタール分解用触媒を含有して成る触媒床を１床以上含有させる。本発明の別の態様では、前記反応槽上部から来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体状生成物から残存タールを除去するための反応ゾーンに、１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床を１床以上含有させる。
【０００５】
前記反応槽下部の温度を１５００度Ｆから３５００度Ｆに維持する。前記反応槽下部および反応槽上部内の圧力を約１４．７ｐｓｉｇから約２０００ｐｓｉｇにする。前記ガスおよびチャーを前記反応槽下部の分散装置に通す速度を１秒当たり２０から１２０フィートにする。前記チャーが前記反応槽下部に滞留する時間を２から１０秒にする。前記スラリーの流れを前記反応槽上部の供給装置に通す速度を１秒当たり５から１００フィートにする。前記粒子状炭素質材料のスラリーが前記反応槽上部に滞留する時間を５から４０秒にする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の態様をより詳細に説明する目的で、ここに、添付図を参照する。
【図１】図１は、本発明に関連した１つの態様で用いるに有用な装置および図的工程流れ図を示す図式図である。
【図２】図２は、本発明に関連した代替態様で用いるに有用な装置および図的工程流れ図を示す図式図である。
【好適な態様の詳細な説明】
【０００７】
以下に行う本発明の様々な態様の詳細な説明を本発明の実施を可能にする具体的態様を例示する添付図を参照にして行う。本態様は当業者による本発明の実施を可能にするに充分なほど本発明の面を詳細に説明することを意図したものである。他の態様も利用可能でありかつ本発明の範囲から逸脱しない限り変更を行ってもよい。従って、以下に行う詳細な説明は限定の意味で解釈されるべきでない。本発明の範囲を限定するのは添付請求項に加えて本請求項に与えられる相当物の全範囲によってのみである。
【０００８】
図１を参照して、本発明の様々な態様でガス化反応槽を提供するが、これを一般に参照数字１０で示し、これには反応槽下部３０と反応槽上部４０が含まれている。本ガス化方法の１番目の段階を反応槽下部３０の中で起こさせそして本ガス化方法の２番目の段階を反応槽上部４０の中で起こさせる。反応槽下部３０は１番目の段階の反応ゾーンを限定している。この反応槽下部３０をまた１番目の段階の反応ゾーンとも呼ぶ。反応槽上部４０は２番目の段階の反応ゾーンを限定している。この反応槽上部４０をまた２番目の段階の反応ゾーンとも呼ぶ。
【０００９】
更に図１を参照して、酸素含有ガスまたは蒸気を含有して成る高圧流れおよび再利用チャーをガス化反応槽１０の下部３０の中に分散装置６０および／または６０ａに通して入らせるが、前記分散装置６０および／または６０ａを例えば前記反応槽下部３０の相対する側などに位置させる。分散装置を３個以上用いることも可能であり、例えば４個を９０度離して配置してもよい。また、数組の分散装置を異なる高さの所に位置させることも可能でありかつ必ずしも同じ面に存在させる必要もない。ガス化反応槽１０の反応槽下部３０（また１番目の段階の反応ゾーン）の中で、酸素含有ガスおよび／または蒸気を含有し
て成る流れと再利用チャーの反応をこれらの反応体の混合および反応が迅速に起こりかつこれらの反応体の回転運動が上方に向かう、例えば（これらに限定するものでないが）反応槽１０の下部３０の中を通る渦巻きなどが起こるような様式で起こさせる。反応槽下部３０の中で起こる反応がガス化工程の１番目の段階であり、それによって、酸素含有ガスまたは蒸気を含有して成る流れと再利用チャーが以下により詳細に開示する如き反応槽下部３０内の反応条件下で発熱的に混合生成物に変化するが、その混合生成物は、蒸気、合成ガス、中間的ガスおよび同伴副生成物、例えば融解スラグなどを含有して成る。その融解スラグを反応槽１０の底からタップホール２０に通して排出させて、最終処分用のスラグ処理装置（示していない）に向かわせる。
【００１０】
その後、前記蒸気、中間体および合成ガスは反応槽下部３０から上方に流れることによってそこから出て非加熱反応槽上部４０の中に入るが、その中に、粒子状炭素質固体と液状担体のスラリーを供給装置８０および／または８０ａまたは追加的供給装置に通して注入する。反応槽下部３０の中で発生して気体流れによって上方に運ばれた熱は前記非加熱反応槽上部４０の中で起こさせる熱分解工程（および／または合成ガスが２番目の段階の反応ゾーンの中で起こすガス濃縮）で用いられる（供給水の蒸発、炭素と蒸気の反応、およびＣＯとＨ２Ｏの間の水−気体反応を包含）。その炭素−蒸気の反応によってＣＯとＨ２が生じ、このようにして、利用可能なガスの収率が高くなる。加熱反応槽下部３０（または反応槽１０の１番目の段階の反応ゾーン）は主に燃焼型反応槽である一方、反応槽上部４０は主にクエンチ型反応槽（これによってもガスの加熱値が高くなる）である。このように、非加熱反応槽上部４０の中で起こる反応によって、ある程度の燃焼が起こる加熱反応槽下部３０の中で生じた気体の富裕化が起こることで、もたらされる合成ガスの等級がより高くなり、かつそれによって、反応槽下部３０からの熱の回収が起こりかつガスの冷却が同伴スラグの温度が灰溶融物の初期変形温度より低くなりかつ揮発性有機および無機種が凝縮して粒子状炭素質材料に吸着されるに充分なほど起こる。冷却が灰の初期変形温度より低い温度まで起こると、同伴スラグの液滴が熱伝達表面に到達する前にそれ自身または粒子状炭素質材料に融合し、従って熱伝達表面に粘着することが起こらなくなる。反応槽上部４０の中の反応条件を以下により詳細に開示する。
【００１１】
本発明の１つの態様では、図１に示すように、反応槽１０の非加熱反応槽上部４０を反応槽１０の加熱反応槽下部３０の頭頂に熱反応生成物が反応槽下部３０から反応槽上部４０に直接運ばれることで気体状反応生成物および同伴固体が起こす熱損失が最小限になるように直接連結させる。
【００１２】
図１に示すように、ガス化反応によって生じたチャーを取り出して再循環させることで炭素変換率を高くしてもよい。例えば、チャーを分散装置６０および／または６０ａ（または他）に通して反応槽下部、即ちこの上で考察した如き１番目の反応ゾーンの中に再循環させてもよい。
【００１３】
分散装置６０および６０ａによって、粒子状固体、例えばチャーなどの霧化供給材料を生じさせる。その分散装置は、固体用の中心管とこの中心管を取り巻く環状空間部（この中に霧化ガスが入り、内的または外的に一般的混合ゾーンに開放されている）を有する種類のものであってもよい。その上、非加熱反応槽上部４０の供給装置８０および／または８０ａもまた本明細書の上に記述した分散装置と同様であってもよいか、或はスラリー供給用の管を有する簡単なものであってもよい。分散装置６０、６０ａまたは供給装置８０、８０ａは当業者に通常知られたものであり得る。
【００１４】
更に図１に示すように、反応槽上部４０の中で起こった２番目の段階の反応の混合生成物を反応槽１０の上部４０の頭頂から取り出して分離装置５０の中に導入するが、それによって、前記混合生成物が固体流れと気体流れに分割され、その気体流れの中に残る残存
固体微粒子の分率は少しのみになる。
【００１５】
前記気体流れは、水素、一酸化炭素、少量のメタン、硫化水素、アンモニア、水蒸気または蒸気、液状担体に由来する気相、窒素、二酸化炭素および残存タールを含有して成る。前記固体流れは、固化した灰および非加熱反応槽上部４０の中で生じたか或は加熱反応槽下部３０から運ばれたチャーを含有して成る。
【００１６】
分離装置５０から出て来た固体流れ、例えば乾燥チャーなどを酸素含有ガスおよび／または蒸気と混合した後、非加熱反応槽下部３０に分散装置６０および／または６０ａに通して１番目の段階の反応用の供給原料として再循環させて戻す。
【００１７】
次に、その再循環させたチャーを酸素および蒸気と反応させてスラグ化条件下でガス化させることで、反応槽上部４０の中で起こさせる２番目の段階の反応に必要な熱および合成ガス含有混合生成物を生じさせる。
【００１８】
分離装置５０から出て来た合成ガス、残存チャー微粒子および残存タールを含有して成る気体流れを反応ゾーン９０に導入することで残存タールを除去する。反応ゾーン９０に触媒床１００を１床以上含有させる図１に示す如き１つの態様では、分離装置５０から出て来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体流れを触媒床１００に入らせる前に熱交換器１５０に通すことで１８００度Ｆに加熱しておく。触媒床１００は、残存タールを分解させる１種以上のタール分解用触媒を含有して成る接触流動もしくはバブル床であってもよい。合成ガスを反応温度にするに必要な熱は外部で行う交換でか或は酸素と蒸気の混合物を合成ガス流れに注入することで供給可能である。炭素微粒子を一酸化炭素に変化させるか或は粒子状にして上方に移行させることで合成ガスを含有して成る流出気体状生成物と一緒に前記接触流動床１００の中に通す。触媒床１００は、また、残存タールを分解させる１種以上のタール分解用触媒を含有して成る接触固定床であってもよい。そのような場合には、触媒床の前方に位置させた粒子濾過装置を用いて炭素微粒子を除去する。接触流動床または接触固定床のいずれを用いる場合にも、冷流入気体流れ（または装置５０から出て来る気体流れ）を用いた熱交換器１５０で反応ゾーン９０から出て来た熱合成ガスを冷却することで熱を回収する。１つの態様に従い、その後、熱交換器１５０から出て来た冷気体流れ（この時点でタールが除去されている）を粒子濾過装置１１０に通すことで粒子を除去する。タール分解用触媒はゼオライト、担持ニッケル、石灰石またはこれらの任意混合物であってもよい。
【００１９】
反応ゾーン９０に吸着床１２０を１床以上含有させる図２に示す如き別の態様では、分解装置５０から出て来た合成ガスと残存タールを含有して成る気体流れを１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る吸着床１２０の中に導入することで残存タールを吸着させた後、残存する粒子をインシトゥ濾過装置１４０で濾過して取り出しそして１番目の段階の反応槽に再循環させて戻す。吸着床１２０は、１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る流動活性炭床であってもよい。吸着床１２０は、また、１種以上のタール吸着用吸着剤を含有して成る固定活性炭床であってもよい。活性炭が有する吸着能力は温度が低い方が良好であることから、分離装置５０から出て来る気体流れの温度を低くしかつ床の温度を４００度Ｆから５００度Ｆに維持する目的で内部冷却装置１３０（例えば蒸気冷却、内部冷却コイル、パネルまたは邪魔板）を前記活性炭床に装備する。タールを吸着した活性炭の小スリップストリームを連続的または定期的に取り出して再生装置１６０に通すことで再生、典型的には前記炭素をより高い温度に加熱して前記タールを脱離させることで再生させる。固定吸着床を用いる場合には、２個の槽を平行に配列して一方をタールの除去でオンラインにしかつもう一方を洗浄の目的でオフラインにしてもよい。その時点で反応ゾーン９０から出て来る気体流れはタールと粒子が除去された合成ガスである。タール吸着用吸着剤は活性炭、ゼオライト、天然に存在する特定のケイ酸塩またはこれらの任意
混合物であってもよい。
【００２０】
ガス化反応槽１０を構成する材料は決定的ではない。必ずしもではないが、好適には、反応槽の壁を鋼製にし、そして熱損失量を低下させかつ槽を高温から保護するばかりでなく温度制御をより良好にする目的で、反応槽下部３０には断熱用鋳造可能もしくはセラミック繊維もしくは耐火性ブリック、例えば高クロム含有量のブリックなどを内張りしかつ反応槽上部４０には高密度媒体、例えば高炉および非スラグ化用途で用いられる高密度媒体などを内張りする（これらは全部いくつかの給源から商業的に入手可能である）。この種類の装置を用いると、本方法で用いる炭素質固体から回収する熱回収率の値が高くなる。別法として、場合により、加熱反応槽下部３０および場合により非加熱上部４０の壁を「冷壁」システムにすることで内張りを行わないことも可能である。本明細書で用いる如き用語「冷壁」は、従来技術の石炭ガス化装置の技術で通常知られているように、壁を外部の冷却用ジャケットで冷却することを意味する。そのような装置の場合には、スラグが内壁上で硬化することで冷却用ジャケットの金属壁を保護する。
【００２１】
スラグ粘度が約２５０ポイズ以下の溶融灰から融解スラグが生じるようにする目的で、反応槽下部３０の中で起こさせる本方法の１番目の段階の物理的反応条件をチャーのガス化がチャーのガス化によって生じた灰の融点を超える温度で迅速に起こることが確保されるように制御かつ維持する。反応槽上部４０の中で起こさせる本ガス化方法の２番目の段階の物理的反応条件を迅速なガス化が確保されかつ石炭が可塑化範囲より高い温度に加熱されることが確保されるように制御する。加熱反応槽下部３０の温度を１５００度Ｆから３５００度Ｆ、好適には２０００度Ｆから３２００度Ｆ、最も好適には２４００度Ｆから３０００度Ｆに維持する。反応槽下部３０の中で起こさせる１番目の段階をそのような温度で起こさせると、チャーのガス化によって生じた灰がその中で溶融することで、タップホールから落下する融解スラグが生じるが、それにさらなる条件付けを本資料の範囲外の装置内で受けさせる。１番目の段階で生じたガス混合物は、気体が回転する渦巻きとして上方に移動しかつチャーが反応槽下部の中を上昇すると言った状態で出て行く。非加熱反応槽上部４０の温度を４５０度Ｆから１５００度Ｆ、好適には５００度Ｆから１４００度Ｆ、最も好適には５５０度Ｆから１３００度Ｆに維持する。加熱反応槽下部３０から上方に流れる熱中間体生成物によって、非加熱反応槽上部４０内で起こる吸熱反応のための熱が与えられる。
【００２２】
非加熱反応槽上部４０から出て来る流出物および分離装置５０から出て来る気体流れの温度は典型的に約８００度Ｆから約１３００度Ｆである。分離装置５０から出て来た気体流れを熱交換器１５０に通して加熱した後に反応ゾーン９０に入らせることでタールを除去する。１つの態様では、触媒床を１床以上含有して成る反応ゾーン９０の温度を７００度Ｆから１９００度Ｆ、好適には１０００度Ｆから１７００度Ｆ、最も好適には１２００度Ｆから１６００度Ｆに維持する。別の態様では、吸着床を１床以上含有して成る反応ゾーン９０の温度を２００度Ｆから１０００度Ｆ、好適には２５０度Ｆから６００度Ｆ、最も好適には３００度Ｆから５００度Ｆに維持する。
【００２３】
本発明の方法を大気圧以上の圧力下で実施する。反応槽下部３０および反応槽上部４０内の圧力を一般に約１４．７ｐｓｉｇから約２０００ｐｓｉｇ、好適には５０ｐｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ、最も好適には１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇにする。触媒床を１床以上含有して成る反応ゾーン９０内の圧力を約１４．７ｐｓｉｇから約１５００ｐｓｉｇ、好適には５０ｐｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ、最も好適には１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇにする。別の態様では、吸着床を１床以上含有して成る反応ゾーン９０内の圧力を約１４．７ｐｓｉｇから約１５００ｐｓｉｇ、好適には５０ｐｓｉｇから１５００ｐｓｉｇ、最も好適には１５０ｐｓｉｇから１２００ｐｓｉｇにする。
【００２４】
本発明のいろいろな態様において、気体および固体が反応槽下部３０の分散装置６０および／または６０ａを通る速度または供給速度を１秒当たり２０から１２０フィート、好適には１秒当たり２０から９０フィート、最も好適には１秒当たり３０から６０フィートの範囲に維持する。チャーが反応槽下部３０の中に滞留する時間を２秒から１０秒、好適には４秒から６秒の範囲に維持する。スラリーの流れが反応槽上部４０の供給装置８０および／または８０ａを通る速度または供給速度を１秒当たり５フィートから１秒当たり１００フィート、好適には１秒当たり１０フィートから１秒当たり８０フィート、最も好適には１秒当たり２０フィートから６０フィートの範囲に維持する。反応槽上部４０の中の滞留時間を５から４０秒の範囲に維持する。
【００２５】
本方法は如何なる粒子状炭素質材料にも適用可能である。しかしながら、そのような粒子状炭素質材料は好適には石炭であり、これには、これらに限定するものでないが、褐炭、瀝青炭、亜瀝青炭またはこれらの任意組み合わせが含まれる。追加的炭素質材料は、石炭に由来するコークス、石炭チャー、石炭液化残渣、粒子状炭素、石油コークス、油頁岩に由来する炭素質固体、タールサンド、ピッチ、バイオマス、濃縮下水スラッジ、ごみ破片、ゴムおよびこれらの混合物である。この上に例示した材料は粉砕された固体の形態であってもよく、材料の取り扱いおよび反応特性が最良になるように、液状担体に入っているポンプ輸送可能スラリーの如き形態であってもよい。
【００２６】
炭素質固体材料用の液状担体は、気化しかつ所望気体状生成物、特に一酸化炭素および水素をもたらす反応に参与し得る如何なる液体であってもよい。最も容易に考えられる液状担体は水であり、これは反応槽下部３０の中で蒸気になる。この蒸気は炭素と反応して合成ガスの成分である気体状生成物を形成する能力を有する。加うるに、炭素質材料をスラリー状にする目的で水以外の液体を用いることも可能である。好適には、その液体を水にするが、それはまた炭化水素、例えば燃料油、残存油、石油および液状ＣＯ２などであってもよい。液状担体が炭化水素の場合、反応が効率良く起こりかつ水が反応槽の温度を穏やかにするに充分な量で供給されるように追加的水または蒸気を添加することも可能である。
【００２７】
加熱反応槽下部３０に供給する酸素含有ガスとして、酸素含有量が少なくとも２０パーセントの如何なるガスも使用可能である。好適な酸素含有ガスには、酸素、空気および酸素が豊富な空気が含まれる。
【００２８】
粒子状炭素質材料を液状担体にスラリーとして入れる濃度をポンプ輸送可能な混合物が生じるに必要な濃度のみにする。固体状材料の濃度を一般に７０重量パーセント以下の範囲にする。本方法の１番目の段階および２番目の段階の両方ともスラリー中の粒子状炭素質材料の濃度を好適には３０重量パーセントから７０重量パーセントの範囲にする。最も好適には、水性スラリー中の石炭濃度を４５から６９重量パーセントの範囲にする。
【００２９】
石炭が供給原料の場合、それを液状担体と混合してスラリー状にする前に粉砕しておいてもよいか、或は液状媒体と一緒にして粉砕してもよい。一般に、妥当に微細な炭素質材料のいずれも使用可能であり、かつ粒子状固体の粒径を小さくする公知方法のいずれも使用可能である。そのような方法の例には、ボール、ロッドおよびハンマーミルの使用が含まれる。粒径は決定的ではないが、微細な炭素粒子が好適である。石炭供給発電所で燃料として用いられる粉末状石炭が典型的である。そのような石炭の粒径分布は石炭の９０重量パーセントが２００メッシュのふるいを通過するような分布である。反応性がより高い材料の場合にはまた平均粒径が１００メッシュより粗い大きさも使用可能であるが、但し沈降しない安定なスラリーが生じ得ることを条件とする。
【００３０】
本明細書で用いる如き用語「チャー」は未燃焼の炭素および灰粒子を指し、それらは様
々な製品を製造した後にガス化装置の中に飛沫同伴したままである。
【００３１】
本明細書で用いる如き用語「および／または」を２種以上の項目のリストで用いる場合、この用語は、その挙げた項目の中のいずれか１項を単独で用いてもよいか或はその挙げた項目の中の２項以上の任意組み合わせを用いてもよいことを意味する。例えば、ある組成物が成分Ａ、Ｂおよび／またはＣを含有すると記述する場合、その組成物はＡのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの組み合わせ、ＡとＣの組み合わせ、ＢとＣの組み合わせまたはＡとＢとＣの組み合わせを含有していてもよい。
【００３２】
この上に示した説明によって保護の範囲を限定するものでなく、保護の範囲が限定されるのは以下の請求項によってのみであり、その範囲は、当該請求項の主題事項の相当物の全部を包含する。請求項の各々および全てを本発明の態様として本明細書に組み入れる。このように、本請求項はさらなる説明でありかつ本発明の好適な態様に追加するものである。
【００３３】
関連技術の説明である文献を考察することは、それが本発明に先行する技術であることを認めるものでなく、特に公開日付が本出願の優先日より後であり得る如何なる文献も先行する技術であることを認めるものでない。本明細書に引用したあらゆる特許、特許出願および公開の開示はそれらが本明細書に挙げた詳細を補う例、手順または他の詳細を示す度合で引用することによって本明細書に組み入れられる。
【００３４】
特定の機能を実施する「ための手段」または特定の機能を実施する「ための段階」を明確には記述していない請求項の中の如何なる要素も３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２§¶６に示されている如き「手段」または「段階」節として解釈されるべきではない。特に、本明細書に示した請求項の中の「段階」の使用は３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２§¶６の条項を行使することを意図するものでない。
【図１】
0005782376.tif 000002
【図２】
0005782376.tif 000003