(57)【要約】  ガス化装置を動作させるシステム及び方法が提供される。この方法は、第１の始動用燃料を燃焼させることにより第１の燃焼ガスを生成するステップを含むことができる。ガス化装置内の温度を、ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入することにより、開始温度から第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度にまで上昇されることができる。ガス化装置内の温度が第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度になった後に、第２の始動用燃料をガス化装置に直接導入できる。第２の始動用燃料の少なくとも一部分を、第２の燃焼ガスを生成するために、ガス化装置内にて燃焼させることができる。炭化水素供給原料の少なくとも一部分を、合成ガスを生成するために、ガス化装置内でガス化させることができる。
2014529347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化装置を作動させる方法において、
第１の始動用燃料を燃焼させることにより第１の燃焼ガスを生成するステップと、
前記ガス化装置に前記第１の燃焼ガスを導入することにより、開始温度から第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度まで前記ガス化装置内の温度を上昇させるステップと、
前記ガス化装置内の温度が前記第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度となった後に、前記ガス化装置に前記第２の始動用燃料を直接導入するステップと、
前記ガス化装置内にて前記第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させることより第２の燃焼ガスを生成するステップであって、前記第２の燃焼ガスにより、炭化水素供給原料のガス化温度まで前記ガス化装置内の温度を上昇させるために十分な熱が生じる、ステップと、
前記ガス化装置に炭化水素供給原料を導入するステップと、
前記ガス化装置内にて前記炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化することにより合成ガスを生成するステップと
を含む、ガス化装置を作動させる方法。
【請求項２】
前記第２の始動用燃料の前記少なくとも一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量を前記ガス化装置内にて維持するステップであって、前記第２の燃焼ガス中の前記酸化剤の濃度を、約１モル％未満に維持するステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項３】
前記炭化水素供給原料の一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量を前記ガス化装置内において維持するステップであって、前記合成ガス中の前記酸化剤の濃度を、約１モル％未満に維持するステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項４】
前記第２の始動用燃料を、前記第１の燃焼ガスに比較して下流側から前記ガス化装置に導入する、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項５】
前記ガス化装置内に微粒子を循環させるステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項６】
前記ガス化装置に前記第１の燃焼ガスを導入する前に前記ガス化装置内に微粒子を循環させるステップであって、前記微粒子の循環を、前記第２の始動用燃料の導入の間及び前記炭化水素供給原料の導入の間維持するステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項７】
前記微粒子が、砂、灰、セラミック、石灰石、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項６に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項８】
前記第２の始動用燃料の導入が開始された後に前記第１の燃焼ガスの導入を停止するステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項９】
前記炭化水素供給原料の導入が開始された後に前記第２の始動用燃料の導入を停止するステップをさらに含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１０】
前記第２の始動用燃料の前記自己発火温度は、約２００℃〜約５６０℃であり、前記炭化水素供給原料のガス化温度は、約７００℃以上である、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１１】
前記第１の燃焼ガスを、約３以下のターンダウン比を有する始動用燃焼器内で生成する、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１２】
前記第２の始動用燃料は、１個〜約２５個の炭素原子を有する１つ又は複数の炭化水素を含む、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１３】
前記第２の始動用燃料が、約３０５℃〜約３２５℃の自己発火温度を有するディーゼルである、請求項１に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１４】
ガス化装置を作動させる方法において、
前記ガス化装置内に微粒子を循環させるステップと、
前記ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入することにより初期温度から中間温度まで前記ガス化装置内の温度を上昇させるステップであって、第１の始動用燃料を燃焼させることにより前記第１の燃焼ガスを生成し、前記中間温度は、第２の始動用燃料が自己発火するのに十分な温度である、ステップと、
前記ガス化装置が前記中間温度になった後に前記ガス化装置に前記第２の始動用燃料を直接導入するステップであって、前記第２の始動用燃料を、前記第１の燃焼ガスよりも相対的に下流側から前記ガス化装置に導入する、ステップと、
前記ガス化装置内で前記第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させることにより、動作温度にまで前記ガス化装置内の温度を上昇させるステップであって、前記動作温度は、炭化水素供給原料をガス化するのに十分な温度である、ステップと、
前記第２の始動用燃料の導入を開始した後に前記第１の燃焼ガスの導入を停止するステップと、
前記ガス化装置が前記動作温度になった後に前記ガス化装置に前記炭化水素供給原料を導入するステップと、
前記ガス化装置内で前記炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化することにより合成ガスを生成するステップと、
前記炭化水素供給原料の導入を開始した後に前記第２の始動用燃料の導入を停止するステップと
を含む、ガス化装置を作動させる方法。
【請求項１５】
前記中間温度は約２００℃〜約５６０℃であり、前記動作温度は約７００℃以上である、請求項１４に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１６】
前記第２の始動用燃料の前記少なくとも一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量を前記ガス化装置内にて維持するステップであって、前記酸化剤を、
前記第１の燃焼ガスの一成分として、又は
直接的に、又は
前記第２の始動用燃料の一成分として、又は
１つ又は複数の不活性ガスと組み合わされて、又は
それらの任意の組合せにより、
前記ガス化装置に導入し、前記第２の燃焼ガス中の前記酸化剤の濃度を約１モル％未満に維持するステップをさらに含む、請求項１４に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１７】
前記ガス化装置内の温度が前記初期温度から前記動作温度まで上昇する際に、初期圧力から動作圧力まで前記ガス化装置内の圧力を上昇させるステップをさらに含む、請求項１４に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１８】
前記第１の燃焼ガスを、約３以下のターンダウン比を有する始動用燃焼器内にて生成する、請求項１４に記載されたガス化装置を作動させる方法。
【請求項１９】
ガス化装置と、
第１の始動用燃料を燃焼させることにより第１の燃焼ガスを生成するための始動用燃焼器と、
前記始動用燃焼器の燃焼ガス排出口及び前記ガス化装置に前記第１の燃焼ガスを導入するための前記ガス化装置の燃焼ガス注入口と流体連通状態にある輸送ラインと、
前記ガス化装置に配置され、前記ガス化装置に第２の始動用燃料を導入するように適合化された、第２の始動用燃料ノズルと
を備える、炭化水素供給原料をガス化するシステム。
【請求項２０】
前記第２の始動用燃料ノズルが、前記ガス化装置の前記燃焼ガス注入口の下流側にて前記ガス化装置に配置される、請求項１９に記載されたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において説明される具体例は、広く言えば、ガス化装置を動作させる方法に関するものである。より詳細には、この具体例は、初期状態すなわち開始状態から炭化水素供給原料処理状態すなわち炭化水素供給原料ガス化状態へのガス化装置の移行に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス化は、炭素含有材料を一酸化炭素／水素ガスへと転化するために通常は高圧下において実施される高温プロセスである。このガスは、化学物質又は合成炭化水素燃料の合成にしばしば使用されるため、「合成ガス」とよく称される。
【０００３】
ガス化される典型的な供給物には、重質原油、石炭、タール・サンドから回収されたビチューメン、油頁岩からの油母、コークス、及び他の高硫黄含有残渣及び／又は高金属含有残渣などの、混ぜ物を含まない又は処理材料の残渣である石油系材料、ガス、並びに様々な炭素質廃棄材料が含まれる。
【０００４】
乾燥した又はスラリ状の炭化水素供給原料は、ガス化装置内の還元（酸素不足）雰囲気において高温及び（通常は）高圧にて反応させられる。結果的に得られる合成ガスは、典型的には、供給物の炭素含有量の約８５％を一酸化炭素として含み、残りは二酸化炭素及びメタンの混合物である。
【０００５】
ガス化装置を始動させるためには、独立した始動用燃焼器を使用することにより、始動用燃料を燃焼して燃焼ガスを生成し、これがガス化装置へと導入されることにより、ガス化装置をガス化温度まで加熱する。従来の始動用燃焼器は、動作が複雑であり、大きく、組み立てに多額の費用を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，７２２，６９０号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００８／００８１８４４号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２００８／０１５５８９９号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００９／０１８８１６５号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２０１０／００１１６６４号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２０１０／０１３２２５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、初期状態すなわち開始状態から炭化水素供給原料処理状態へとガス化装置を移行させるための改良されたシステム及び方法が必要である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】説明される１つ又は複数の実施例による、１つ又は複数の炭化水素供給原料をガス化するための例示的なガス化システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ガス化装置を作動させるシステム及び方法が提供される。この方法は、第１の燃焼ガスを生成するために第１の始動用燃料を燃焼させることを含むことができる。ガス化装置内の温度を、この第１の燃焼ガスをガス化装置に導入することにより、開始温度から、第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度まで上昇させることができる。第２の始動用燃料を、ガス化装置内の温度が第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度になった後に、ガス化装置へ直接導入できる。第２の始動用燃料の少なくとも一部分は、第２の燃焼ガスを生成するために、ガス化装置内において燃焼させることができる。第２の燃焼ガスは、ガス化装置内の温度を炭化水素供給原料ガス化温度まで上昇させるのに十分な熱を生じさせることができる。炭化水素供給原料を、ガス化装置へ導入することができる。炭化水素供給原料の少なくとも一部分は、ガス化装置内においてガス化されて、合成ガスを生成できる。
【００１０】
１つ又は複数の具体例においては、２つ以上の燃焼ガスの燃焼から生じる熱を利用することにより、１つ又は複数のガス化装置が、例えばオフ状態又は非ガス化状態などの第１の状態すなわち初期状態から、例えばガス化状態などの炭化水素供給原料処理状態へと移行され得る。例えば、第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスが、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態にガス化装置を移行させるために使用され得る。第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスは、第１の始動用燃料及び第２の始動用燃料をそれぞれ燃焼させることにより生成し得る。第１の燃焼ガスから供給される熱は、第１の状態すなわち初期状態から第２の状態すなわち中間状態にガス化装置を移行させるために使用され得る。第２の燃焼ガスから供給される熱は、第２の状態すなわち中間状態から炭化水素供給原料処理状態にガス化装置を移行させるために使用され得る。換言すれば、２つ以上の燃焼ガスからの熱が、ガス化装置を始動させるために使用され得る。少なくとも部分的には、ガス化装置の第１の状態すなわち初期状態の特定の条件によっては、ガス化装置は、第２の燃焼ガスのみを使用することにより、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態に移行され得る。例えば、第１の状態にある場合のガス化装置内の温度が、例えば第２の始動用燃料の自己発火温度を上回るなど、十分な温度である場合には、ガス化装置は、第２の燃焼ガスのみを使用することにより、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態に移行され得る。
【００１１】
第１の燃焼ガスは、ガス化装置の外部において生成され、ガス化装置に導入されることにより、ガス化装置内の温度及び／又は圧力を中間状態すなわち第２の状態まで上昇させることが可能である。例えば、第１の始動用燃料は、ガス化装置の外部において、始動用燃焼器、炉、若しくは任意の他の燃焼デバイス、燃焼システム、又はそれらの任意の組合せの中で燃焼されることにより、第１の燃焼ガスを生成することが可能であり、この第１の燃焼ガスは、導管、ダクト、ライン、又は他の手段を経由してガス化装置に導入され得る。第１の燃焼ガスは、ガス化装置に続く１つ又は複数の導管、ダクト、ライン、若しくは他の手段、又はそれらの任意の組合せを経由して、ガス化装置内の１つ又は複数の位置に導入され得る。第２の燃焼ガスは、ガス化装置内において生成され得る。例えば、第２の始動用燃料が、ガス化装置に直接的に導入され、ガス化装置の外部においてではなくガス化装置内において燃焼され得る。１つ又は複数の第２の始動用燃料ノズル又は他の注入デバイスが、ガス化装置上に配設され、ガス化装置に第２の始動用燃料を導入するように適合化又は構成され得る。本明細書においては、「第１の燃焼ガス」という用語は、ガス化装置の外部において１つ又は複数の第１の始動用燃料を燃焼させることにより発生される又は生成される燃焼ガスを指す。本明細書においては、「第２の燃焼ガス」という用語は、ガス化装置内において１つ又は複数の第２の始動用燃料を燃焼させることにより少なくとも一部分が発生される又は生成される燃焼ガスを指す。例えば、第２の燃焼ガスの全てが、ガス化装置内において第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させることにより、ガス化装置内において生成され得る。別の実例においては、第２の始動用燃料の第１の部分が、ガス化装置の外部において燃焼され、第２の始動用燃料の第２の部分が、ガス化装置内において燃焼され得る。ガス化システムの構成要素は、例えば第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスなどの任意の始動用ガスの酸素含有物の影響を受けやすい虞がある。したがって、例えば安定的な外部燃焼器の運転に必要な過剰空気などとして進入する酸素を、窒素などの１つ又は複数の不活性ガスで希釈することが可能である。
【００１２】
２つ以上の燃焼ガスの組合せ、又は代替的には第２の燃焼ガスのみが、第１の状態と炭化水素供給原料処理状態との間におけるガス化装置の移行プロセスを向上させることが可能である。例えば燃焼中の燃焼器などにおけるような外部燃焼ステップは、ガス化装置内において生成され得る第２の燃焼ガスと比較すると、より高額となり、熱効率がより低く、かなりの量の過剰空気を必要とする。そのため、ガス化装置内において生成される第２の燃焼ガスは、第１の燃焼ガスを生成するために必要とされる外部始動用燃焼器のサイズを縮小させることにより、資本コスト及び稼働コストの両方を削減し得る。さらに、ガス化装置内において生成される第２の燃焼ガスを使用することにより、第１の状態と炭化水素供給原料処理状態との間においてガス化装置を移行させるために必要とされる不活性ガスの量、過剰空気の量、及び／又は燃料の量を削減することが可能となる。例えば、第２の燃焼ガス、又は第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せにより、１つ又は複数のガス化装置を移行させるために必要とされる総エネルギー入力が削減され得る。また、第２の燃焼ガス、又は第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せは、第２の始動用燃料及びこの燃料から生成される第２の燃焼ガスを使用せずに同一のガス化装置を始動する場合と比較して、第１の燃焼ガスを生成するために第１の始動用燃料を燃焼させるのに必要とされる外部始動用燃焼器のサイズを実質的に縮小させる、及び／又はこの外部始動用燃焼器の必要性を解消することが可能である。例えば、外部始動用燃焼器のサイズは、第２の始動用燃料をやはり使用しつつ第１の状態から炭化水素供給原料処理状態へとガス化装置を移行させる場合には、外部始動用燃焼器のみを使用してすなわち第２の始動用燃料を使用せずに第１の状態から炭化水素処理状態へとガス化装置を移行させるのに比べて、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、又はそれ以上だけ縮小することが可能となる。
【００１３】
２つ以上の燃焼ガスの組合せによりガス化装置を始動させる際に使用される始動用燃焼器は、約４以下、約３以下、又は約２以下のターンダウン比を有することが可能である。本明細書においては、「ターンダウン比」という用語は、始動用燃焼器の最小点火能力に対する始動用燃焼器の最大点火能力の比率を指す。また、第２の燃焼ガス、又は第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せは、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態へとガス化装置を移行させるのに必要とされる時間を、第１の燃焼ガスのみを使用して同じ第１の状態から同じ炭化水素供給原料処理状態へと同じガス化装置を移行させる場合よりも短縮することが可能である。例えば、単独で、又は第１の燃焼ガスと組み合わせて、第２の燃焼ガスを使用する場合に、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態へとガス化装置を移行させるのに必要とされる時間は、第１の燃焼ガスのみを使用する同一のガス化装置と比較して、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、又は約３５％だけ短縮することが可能である。また、このガス化装置内において生成された第２の燃焼ガスを使用することにより、ガス化装置を移行させるために必要とされる過剰空気の量を削減することも可能となる。過剰空気の量の削減により、必要とされる燃料の量を削減することが可能となり、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態へのガス化装置の移行速度をより高速化することが可能となり得る。また、不活性ガスの消費量も削減され得る。
【００１４】
第１の始動用燃料及び第２の始動用燃料は、同一のもの又は異なるものであることが可能である。第１の始動用燃料及び第２の始動用燃料は、ガス、液体、固体、又はそれらの任意の組合せであることが可能である。例えば、第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、１つ又は複数のガス状炭化水素を含むことが可能である。別の実例においては、第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、１つ又は複数の液状炭化水素を含むことが可能である。別の実例においては、第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、１つ又は複数の固体状炭化水素を含むことが可能である。好ましくは、第１の始動用燃料は、室温及び大気圧においてガス状及び／又は液状である１つ又は複数の炭化水素を含む。好ましくは、第２の始動用燃料は、室温及び大気圧においてガス状及び／又は液状である１つ又は複数の炭化水素を含む。
【００１５】
第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料としての使用に適した炭化水素には、１〜約４０個の炭素原子、１〜約３０個の炭素原子、若しくは１〜約２０個の炭素原子を有する任意の炭化水素又は炭化水素の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料としての使用に適した炭化水素には、アルカン、シクロアルカン、アルケン、シクロアルケン、アルキン、アルカジエン、芳香族、アルコール、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料として使用し得る適切な炭化水素の混合物には、天然ガス、ナフサ、軽油、燃料油、ディーゼル、ガソリン、灯油が含まれ得るが、それらに限定されない。第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料としての使用に適した他の材料には、タール、アスファルテン、石炭、水素、バイオマス、又はそれらの任意の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。少なくとも１つの実例においては、第１の始動用燃料は、石炭、木材、アスファルテン、又はそれらの任意の組合せであるか、又はそれらを含むことが可能であるが、それらに限定されない。少なくとも１つの実例においては、第２の始動用燃料は、ディーゼル、ガソリン、灯油、ナフサ、又はそれらの任意の組合せであるか、又はそれらを含むことが可能であるが、それらに限定されない。
【００１６】
第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、硫黄含有量が低いことが可能であり、これにより、第１の状態から炭化水素供給原料処理状態へとガス化装置を移行させる際の硫黄の排出を削減又は最小限に抑えることが可能となる。例えば、第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、約２００ｐｐｍ未満、約１５０ｐｐｍ未満、約１００ｐｐｍ未満、約７５ｐｐｍ未満、約５０ｐｐｍ未満、又は約３０ｐｐｍ未満の硫黄及び／又は硫黄含有化合物を含むことが可能である。別の実例においては、第１の始動用燃料及び／又は第２の始動用燃料は、約４０ｐｐｍ未満、約２５ｐｐｍ未満、約２０ｐｐｍ未満、約１５ｐｐｍ未満、約１０ｐｐｍ未満、約５ｐｐｍ未満、又は約１ｐｐｍ未満の硫黄及び／又は硫黄含有化合物を含むことが可能である。第２の始動用燃料は、約７００℃未満、約６５０℃未満、約６００℃未満、約５５０℃未満、約５００℃未満、約４５０℃未満、約４００℃未満、約３５０℃未満、約３００℃未満、約２５０℃未満、又は約２００℃未満の自己発火温度を有することが可能である。例えば、第２の始動用燃料は、約１００℃〜約６００℃、約５００℃〜約６００℃、約２５０℃〜約５５０℃、約３００℃〜約６００℃、約３５０℃〜約６００℃、約４００℃〜約６００℃、約４５０℃〜約６００℃、約３０５℃〜約３２５℃、約５４０℃〜約５６０℃、又は約２４５℃〜約２６５℃の範囲の自己発火温度を有することが可能である。別の実例においては、第２の始動用燃料は、少なくとも２００℃、少なくとも２５０℃、少なくとも３００℃、少なくとも３５０℃、少なくとも３７５℃、少なくとも４００℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃、及び約７００℃未満、約６５０℃未満、又は約６００℃未満の自己発火温度を有することが可能である。
【００１７】
特定の第２の始動用燃料をさらに詳細に考察すると、第２の始動用燃料としての使用に適したディーゼル燃料には、約８個の炭素原子〜約２５個の炭素原子を有する炭化水素（Ｃ８炭化水素〜Ｃ２５炭化水素）が含まれ得る。ディーゼル燃料は、約２００の平均分子量と、約０．８５の比重と、約１８０℃〜約３４０℃の範囲の沸点と、約３０５℃〜約３２５℃の範囲の、例えば約３１５℃の自己発火温度とを有することが可能である。第２の始動用燃料としての使用に適したナフサ燃料には、約５個〜約１２個の炭素原子を有する炭化水素（Ｃ５炭化水素〜Ｃ１２炭化水素）が含まれ得る。ナフサ燃料は、約１００〜約２１５の範囲の分子量と、約０．７の比重と、約３０℃〜約２００℃の範囲の沸点と、約５４０℃〜約５６０℃の範囲の、例えば約５５０℃の自己発火温度とを有することが可能である。第２の始動用燃料としての使用に適したガソリン燃料には、約４個〜約１２個の炭素原子を有する炭化水素（Ｃ４炭化水素〜Ｃ１２炭化水素）が含まれ得る。ガソリン燃料は、約１００〜約１０５の範囲の分子量と、約０．７２〜約０．７８の比重と、約２６℃〜約２２５℃の範囲の沸点と、約２４５℃〜約２６５℃の範囲の、例えば約２５７℃の自己発火温度とを有することが可能である。
【００１８】
ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入する前に、ガス化装置内の温度は、第１の温度すなわち初期／開始温度にあることが可能である。ガス化装置内のこの初期温度すなわち開始温度は、ガス化装置が第２の状態すなわち中間状態にある場合のガス化装置内の温度未満であることが可能である。例えば、ガス化装置内の初期温度すなわち開始温度は、室温であることが可能であり、例えば−２０℃〜約３５℃であることが可能である。別の実例においては、ガス化装置内の初期温度すなわち開始温度は、第２の始動用燃料の自己発火温度未満の任意の温度であることが可能である。第２の始動用燃料は、約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、又は約５５０℃以上の自己発火温度を有することが可能である。そのため、第１の燃焼ガスは、初期温度すなわち開始温度から、約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、若しくは約５５０℃以上の第２の温度すなわち中間温度である温度、又はそれを上回る温度まで、ガス化装置内の温度を上昇させるために使用することが可能となる。換言すれば、ガス化装置内の温度は、ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入することにより、開始温度から第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度まで上昇され得る。さらに別の実例においては、ガス化装置内の初期温度すなわち開始温度は、第２の始動用燃料の自己発火温度を上回る、しかし、例えば炭化水素供給原料のガス化温度などの炭化水素供給原料処理温度を下回る任意の温度であることが可能である。この実例においては、第１の始動用燃料及び始動用燃焼器は、省くことが可能となり、ガス化装置は、第２の始動用燃料のみを使用することにより、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態に移行され得る。
【００１９】
ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入する前に、ガス化装置内の圧力は、第１の圧力すなわち初期／開始圧力にあることが可能である。ガス化装置内の初期圧力すなわち開始圧力は、下は約２５ｋＰａ、約５０ｋＰａ、約１０１ｋＰａ、又は約１５０ｋＰａから、上は約６００ｋＰａ、約８００ｋＰａ、又は約１，０００ｋＰａまでの範囲であることが可能である。例えば、ガス化装置内の初期圧力すなわち開始圧力は、約４００ｋＰａ〜約８００ｋＰａ、約５００ｋＰａ〜約７００ｋＰａ、又は約５５０ｋＰａ〜約６５０ｋＰａであることが可能である。また、ガス化装置への第１の燃焼ガスの導入は、初期圧力すなわち開始圧力から第２の圧力すなわち中間圧力までガス化装置内の圧力を上昇させるために使用することも可能である。第２の圧力すなわち中間圧力は、下は約５０ｋＰａ、約１００ｋＰａ、約２００ｋＰａから、上は約６００ｋＰａ、約８００ｋＰａ、約１，０００ｋＰａ、約１，２００ｋＰａ、又は約１，４００ｋＰａまでの範囲であることが可能である。
【００２０】
第２の状態すなわち中間状態にある場合のガス化装置内の温度は、第２の始動用燃料の自己発火温度以上であることが可能である。そのため、ガス化装置内の温度が、第２の状態すなわち中間状態に上昇されると、第２の始動用燃料は、ガス化装置へと直接的に導入され得るようになり、そこで第２の始動用燃料の少なくとも一部分が、自己発火及び燃焼されて、第２の燃焼ガスを生成し得る。第２の始動用燃料は、第１の燃焼ガスの下流においてガス化装置へと導入され得る。そのため、第１の燃焼ガスから供給される熱は、第２の始動用燃料を自己発火するために利用され得る。
【００２１】
第２の始動用燃料の少なくとも一部分をガス化装置内で燃焼させるために十分な量の１つ又は複数の酸化剤が、ガス化装置内に存在することが可能である。この酸化剤は、任意の所望の態様でガス化装置に導入され得る。例えば、酸化剤は、例えば第１の始動用燃料の燃焼生成物としてなど、第１の燃焼ガスの一成分としてガス化装置に導入され得る、及び／又は、第１の燃焼ガスと共に添加され得る若しくは混合され得る。別の実例においては、酸化剤は、ガス化装置に単独で又は別個に導入され得る。別の実例においては、第２の始動用燃料は、酸化剤と混合又は別様に組み合わせることが可能であり、第２の始動用燃料及び酸化剤のこの混合物が、ガス化装置に導入され得る。別の実例においては、酸化剤は、蒸気及び／又は窒素などの１つ又は複数の他の流体と混合され、ガス化装置に導入され得る。別の実例においては、ガス化装置に導入される酸化剤は、ガス化装置に単独で導入される第２の始動用燃料の一成分として、少なくとも２つの第１の燃焼ガスの組合せから生成され、蒸気などの１つ又は複数の他の流体及び／又は窒素などの不活性ガスと混合され得る。
【００２２】
第２の始動用燃料を燃焼させるためにガス化装置内に存在する酸化剤の量は、第２の始動用燃料の燃焼後に、第２の燃焼ガス内の酸化剤濃度が約１モル％未満、約０．５モル％未満、約０．３モル％未満、約０．１モル％未満、約０．０５モル％未満、又は約０．０１モル％未満となるように制御され得る。例えば、第２の始動用燃料のガス化装置内での燃焼後にガス化装置内に存在する酸化剤の量はゼロであることが可能であり、又は下は約０．０５モル％、約０．１モル％、又は約０．２モル％から、上は約０．５モル％、約０．７モル％、又は約１モル％までの範囲であることが可能である。別の実例においては、ガス化装置内に導入される酸化剤の量は、第２の始動用燃料を完全燃焼させるために必要なほぼ理論空燃比に相当する量であるか、又は、第２の始動用燃料を完全燃焼させるために必要とされる酸化剤の理論空燃比に相当する量未満であることが可能である。そのため、少なくとも１つの実例においては、第２の始動用燃料の一部分は、ガス化装置に導入される酸化剤が第２の始動用燃料の燃焼において確実に消費されるように、燃焼されないままとなり得る。１つ又は複数の具体例においては、ガス化装置内に存在する酸化剤は、ガス化装置に供給される炭素の全てを完全燃焼させるのに必要とされる酸素の理論空燃比に相当する量の約９０％未満、約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、又は約４０％未満であることが可能である。
【００２３】
これらの１つ又は複数の酸化剤には、空気、酸素、本質的な酸素、酸素富化空気、オゾン、過酸化水素、本質的に窒素非含有の酸化剤、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。本明細書においては、「本質的に酸素」という用語は、５０体積％超の酸素を含有する流体を指す。本明細書においては、「酸素富化空気」という用語は、約２１体積％の酸素〜約５０体積％の酸素を含有する流体を指す。酸素富化空気及び／又は本質的に酸素は、例えば空気の低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、又はそれらの任意の組合せなどから得ることが可能である。本明細書においては、「本質的に窒素非含有の」という用語は、約５体積％以下の窒素、約４体積％以下の窒素、約３体積％以下の窒素、約２体積％以下の窒素、又は約１体積％以下の窒素を含有する酸化剤を指す。
【００２４】
第２の燃焼ガスからの熱は、第２の温度すなわち中間温度から炭化水素供給原料処理温度へとガス化装置を加熱するために利用され得る。例えば、第２の燃焼ガスからの熱は、炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化するのに十分な温度までガス化装置内の温度を上昇させるために利用され得る。別の実例においては、第２の燃焼ガスからの熱は、炭化水素供給原料の全てをガス化するのに十分な温度までガス化装置内の温度を上昇させるために利用され得る。そのため、「炭化水素供給原料処理温度」及び「ガス化温度」という用語は、同義的に使用することが可能であり、炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化するのに十分な温度以上の温度を指す。
【００２５】
炭化水素供給原料の少なくとも一部分及び／又は炭化水素供給原料の全てをガス化するのに十分な温度は、約７００℃以上、約７５０℃以上、約８００℃以上、約８５０℃以上、約９００℃以上、約９５０℃以上、約１，０００℃以上、又は約１，０５０℃以上であることが可能である。例えば、ガス化装置内の最終温度すなわち動作温度は、約７００℃〜約１，３００℃、約８００℃〜約１，２００℃、約９００℃〜約１，１００℃、又は約７５０℃〜約１，１５０℃の範囲であることが可能である。
【００２６】
１つ又は複数の具体例においては、ガス化装置内の開始温度すなわち初期温度が、第２の始動用燃料の自己発火温度を上回るが、炭化水素供給原料のガス化温度を下回る場合には、第２の始動用燃料は、第１の始動用燃料の使用を伴うことなく又は第１の始動用燃料を必要とせずに、ガス化装置に直接的に導入することが可能となる。換言すれば、少なくとも部分的には、第１の状態すなわち初期状態にある場合のガス化装置内の特定の温度及び／又は圧力によっては、ガス化装置は、第２の始動用燃料のみを使用することにより、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態へと移行され得る。例えば、通常のプロセス条件における作動時にガス化装置に導入される炭化水素供給原料は、中断することが可能となり、ガス化装置内の温度は、ガス化温度未満に低下することが可能となる。そのため、第２の始動用燃料は、温度が第２の温度未満すなわち中間温度未満に下降する前に、ガス化装置に導入され得るようになり、第２の燃焼ガスは、炭化水素供給原料（又は別の炭化水素供給原料）がガス化装置に再導入され得るまで、炭化水素供給原料ガス化温度にガス化装置を維持するために使用され得る。
【００２７】
また、第２の始動用燃料の燃焼は、第２の圧力すなわち中間圧力から炭化水素供給原料処理圧力へとガス化装置内の圧力を上昇させるためにも利用され得る。炭化水素供給原料処理圧力は、下は約１，２００ｋＰａ、約１，３００ｋＰａ、又は約１，４００ｋＰａから、上は約１，７００ｋＰａ、約２，０００ｋＰａ、約２，３００ｋＰａ、又は約２，７００ｋＰａまでの範囲であることが可能である。例えば、炭化水素供給原料処理圧力は、約１，４００ｋＰａ〜約１，８００ｋＰａ、約１，７００ｋＰａ〜約２，２００ｋＰａ、又は約１，８５０ｋＰａ〜約２，４５０ｋＰａの範囲であることが可能である。第２の圧力／中間圧力及び／又は炭化水素供給原料処理圧力へとガス化装置内の圧力を上昇させるために第１の燃焼ガス及び／又は第２の燃焼ガスを使用することに加えて、又はその代わりに、例えば圧縮窒素、合成ガス、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せなどの、１つ又は複数の圧縮ガスをガス化装置に導入して、ガス化装置内の圧力を上昇させることが可能である。
【００２８】
ガス化装置が、炭化水素供給原料処理状態に移行されると、１つ又は複数の炭化水素供給原料は、ガス化装置に導入され、ガス化装置内で少なくとも部分的にガス化されて、ガス化された炭化水素又は合成ガスを生成することが可能となる。また、１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料の少なくとも一部分が、ガス化装置内において燃焼されることにより、第３の燃焼ガスを生成することも可能である。また、１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料の少なくとも一部分が、この第３の燃焼ガスの存在下において蒸気化されることにより、蒸気状炭化水素を生成することも可能である。また、１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料の少なくとも一部分が、ガス化された炭化水素の存在下において分解されることにより、分解炭化水素を生成することも可能である。また、以下においてさらに詳細に論じるように、ガス化装置は、循環微粒子又は循環固体を含むことも可能である。１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料の少なくとも一部分が、これらの微粒子上に堆積されて、炭素含有微粒子又は「コークス化」微粒子を生成することが可能である。微粒子上に堆積される炭素の少なくとも一部分は、ガス化装置内において燃焼されて、第３の燃焼ガスの一部分及び再生微粒子を生成することが可能である。そのため、炭化水素供給原料は、ガス化装置内において、燃焼、蒸気化、分解、ガス化、及び／又は固体上に堆積され得る。１つ又は複数の具体例においては、第３の燃焼ガス、ガス化された炭化水素、蒸気化された炭化水素、及び分解された炭化水素の少なくとも一部分が、高温ガス生成物又は合成ガス生成物を生成するように、炭化水素含有固体から選択的に分解され得る。また、第１の燃焼ガス及び／又は第２の燃焼ガスが存在する場合には、これらは、高温ガス生成物又は高温合成ガス生成物と共に回収され得る。
【００２９】
合成ガス生成物は、約６０体積％以上の一酸化炭素／水素と、主に二酸化炭素及びメタンを含むさらなる成分とを含むことが可能である。例えば、合成ガス生成物は、約９０体積％以上の一酸化炭素／水素、約９５体積％以上の一酸化炭素／水素、約９７体積％以上の一酸化炭素／水素、又は約９９体積％以上の一酸化炭素／水素を含有することが可能である。一実例においては、合成ガス生成物の一酸化炭素含有量は、下は約１０体積％、約２０体積％、又は約３０体積％から、上は約５０体積％、約７０体積％、又は約８５体積％までの範囲であることが可能である。別の実例においては、合成ガス生成物の一酸化炭素含有量は、下は約１５体積％、約２５体積％、又は約３５体積％から、上は約６５体積％、約７５体積％、又は約８５体積％までの範囲であることが可能である。合成ガス生成物の水素含有量は、下は約１体積％、約５体積％、又は約１０体積％から、上は約３０体積％、約４０体積％、又は約５０体積％までの範囲であることが可能である。例えば、合成ガス生成物の水素含有量は、約２０体積％〜約３０体積％の範囲であることが可能である。
【００３０】
合成ガス生成物は、約２５体積％以下、約２０体積％以下、約１５体積％以下、約１０体積％以下、又は約５体積％以下の、窒素、メタン、二酸化炭素、水又は蒸気、硫化水素、及び塩化水素の組合せを含有することが可能である。合成ガス生成物の二酸化炭素含有量は、約２５体積％以下、約２０体積％以下、約１５体積％以下、約１０体積％以下、約５体積％以下、約３体積％以下、約２体積％以下、又は約１体積％以下であることが可能である。合成ガス生成物のメタン含有量は、約１５体積％以下、約１０体積％以下、約５体積％以下、約３体積％以下、約２体積％以下、又は約１体積％以下であることが可能である。合成ガス生成物の水含有量は、約４０体積％以下、約３０体積％以下、約２５体積％以下、約２０体積％以下、約１５体積％以下、約１０体積％以下、約５体積％以下、約３体積％以下、約２体積％以下、又は約１体積％以下であることが可能である。合成ガス生成物は、窒素非含有であるか、又は例えば約０．５体積％以下の窒素を含有するなど、実質的に窒素非含有であることが可能である。
【００３１】
炭化水素供給原料には、ガス、液体、固体、若しくはそれらの任意の組合せであるかにかかわらず、任意の炭素含有材料又は炭素含有材料の組合せが含まれ得る。例えば、炭化水素供給原料には、バイオマス（例えば植物成分及び／又は動物成分及び／又は植物由来成分及び／又は動物由来成分）、石炭（例えば高ナトリウム亜炭及び低ナトリウム亜炭、亜炭、亜瀝青炭、並びに／又は無煙炭）、油頁岩、コークス、タール、アスファルテン、低灰分ポリマー若しくは無灰分ポリマー、炭化水素系ポリマー材料、及び／又は製造過程から導出される副生成物が含まれ得るが、それらに限定されない。炭化水素系ポリマー材料には、例えば熱可塑性プラスチック、エラストマー、ゴム（他のポリオレフィン、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、ブロックコポリマー、及びそれらの混合物を含む、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンを含む）；ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリ・ブレント、酸素を含有するポリ炭化水素；炭化水素ワックスなどの、石油精製所及び石油化学工場からの重質炭化水素スラッジ及び底部生成物、それらの混合物、それらの派生物並びにそれらの組合せが含まれ得る。
【００３２】
１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料には、２つ以上の炭素質材料の混合物又は組合せが含まれ得る。１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料には、２つ以上の低灰分ポリマー若しくは無灰分ポリマー、バイオマス由来材料、又は製造過程から導出される副生成物の混合物或いは組合せが含まれ得る。１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料には、カーペット及び／又はプラスチック自動車部品／構成要素（バンパー及びダッシュボードを含む）などの、１つ又は複数の廃棄された消費者製品と組み合わされた１つ又は複数の炭素質材料が含まれ得る。かかる廃棄された消費者製品は、好ましくは、ガス化装置内に適合するサイズに適切に縮小される。１つ又は複数の具体例においては、炭化水素供給原料には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、それらの誘導体、それらの混合物、又はそれらの任意の組合せなどの、１つ又は複数の再生プラスチックが含まれ得る。したがって、このプロセスは、以前に製造された材料の適切な処分に関する規定に対応するのに有用となり得る。
【００３３】
炭化水素供給原料は、固体である場合には、下は約１μｍ、約１０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、又は約２００μｍから、上は約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍ、又は約５００μｍまでの範囲の平均粒径を有することが可能である。例えば、固体である場合の炭化水素供給原料の平均粒径は、約７５μｍ〜約４７５μｍ、約１２５μｍ〜約４２５μｍ、又は約１７５μｍ〜約３７５μｍの範囲であることが可能である。別の実例においては、炭化水素供給原料は、固体である場合には、約３００μｍ以下の平均粒径を有するように細かくされ得る。炭化水素供給原料は、固体である場合には、乾燥供給物としてガス化装置に導入され得るか、又はスラリ若しくは懸濁液としてガス化装置に搬送され得る。スラリ又は懸濁液を形成するための適切な流体には、二酸化炭素、蒸気、水、窒素、空気、合成ガス、又はそれらの任意の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。
【００３４】
ガス化装置への初期炭化水素供給原料の導入速度は、通常の動作速度未満であることが可能である。例えば、炭化水素供給原料の初期導入速度は、通常の動作速度の、下は約１％、約５％、約１０％、約１５％、又は約２０％から、上は約３５％、約４０％、約５０％、約６０％、又は約７０％の範囲であることが可能である。ガス化装置内の温度が、安定化及び／又は上昇するにつれて、炭化水素供給原料の導入速度は、通常の又は最適な動作速度へと上昇され得る。例えば、炭化水素供給原料導入速度は、約０．５時間、約１時間、約２時間、約３時間、約４時間、若しくは約５時間又はそれ以上の期間で、初期速度から通常の又は最適な動作速度へと上昇され得る。別の実例においては、ガス化装置への初期炭化水素供給原料導入速度は、通常の動作速度又はほぼ通常の動作速度であることが可能である。
【００３５】
ガス化装置が、第１の状態すなわち初期状態から第２の状態すなわち中間状態に移行されると、第１の燃焼ガスの導入を停止することが可能となる。第１の燃焼ガスの導入は、ガス化装置への第２の始動用燃料の導入が開始される前、間、又は後に停止することが可能である。例えば、第１の燃焼ガスの導入を停止する前に、ガス化装置への第２の始動用燃料の導入を開始し、第２の燃料の自己発火を始めさせることが可能である。別の実例においては、第１の燃焼ガスの導入により、第２の始動用燃料の自己発火温度を十分に上回るようにガス化装置内の温度を上昇させ得ることによって、ガス化装置への第１の燃焼ガスの導入を停止することが可能となり、次いで、ガス化装置内の温度が第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させるのに十分な温度に留まった状態において、第２の始動用燃料をガス化装置に導入することが可能となる。
【００３６】
ガス化装置が、第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せ又は第２の燃焼ガスのみのいずれを使用するかにかかわらず、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態へと移行されると、ガス化装置への第２の始動用燃料の導入を停止することが可能となる。第２の始動用燃料の導入は、ガス化装置への炭化水素供給原料の導入が開始される前、間、又は後に停止することが可能である。例えば、第２の始動用燃料の導入を停止する前に、ガス化装置への炭化水素供給原料の導入を開始し、炭化水素供給原料のガス化、燃焼、蒸気化、分解、及び／又は微粒子上への堆積を開始することが可能である。別の実例においては、ガス化装置への第１の燃焼ガス及び／又は第２の燃焼ガスの導入により、炭化水素供給原料のガス化温度を十分な量だけ上回るようにガス化装置内の温度を上昇させ得ることによって、ガス化装置への第２の始動用燃料の導入を停止することが可能となり、次いで、ガス化装置内の温度が炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化するのに十分な温度に留まった状態において、炭化水素供給原料をガス化装置に導入することが可能となる。
【００３７】
様々なタイプのガス化装置が、第２の燃焼ガス、又は第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せを使用して、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料ガス化状態に移行され得る。例えば、ガス化装置は、１つ又は複数の循環固体ガス化装置若しくは輸送ガス化装置、１つ又は複数の固定層式ガス化装置、１つ又は複数の流動層式ガス化装置、１つ又は複数の噴流層式ガス化装置、又はそれらの組合せであることが可能であるか、或いはそれらを備えることが可能である。ガス化装置内の微粒子又は固体は、例えば炭化水素供給原料の一部分に対する堆積表面などとしての１つ又は複数の他の目的を果たすが、それに加えて、又はその代わりに、ガス化装置内に微粒子又は固体床が存在することにより、ガス化装置内の保熱及び／又はガス化装置中にわたる熱分布を向上させ得る。
【００３８】
微粒子又は固体には、砂、灰、セラミック、石灰石、又はそれらの任意の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。石灰石は、破砕、粉砕、摩砕、粉末化、又は別様に粒径縮小され得る。灰は、任意のタイプの灰又はその混合物を含み得る。例示の灰には、フライ・アッシュ、ガス化装置灰、粗粉灰、微粉灰、又はそれらの任意の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。本明細書においては、「粗粉灰」及び「粗粉灰粒子」という用語は、同義的に使用され、ガス化装置内において生成された、及び下は約３５μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約７５μｍ、又は約１００μｍから、上は約４５０μｍ、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μＣ、又は約６４０μｍまでの範囲の平均粒径を有する微粒子を指す。例えば、粗粉灰微粒子は、約５０μｍ〜約３５０μｍ、約６５μｍ〜約２５０μｍ、約４０μｍ〜約２００μｍ、又は約８５μｍ〜約１３０μｍの平均粒径を有することが可能である。本明細書においては、「微粉灰」及び「微粉灰微粒子」という用語は、同義的に使用され、ガス化装置内において生成され、下は約２μｍ、約５μｍ、又は約１０μｍから、上は約７５μｍ、約８５μｍ、又は約９５μｍまでの範囲の平均粒径を有する微粒子を指す。例えば、微粉灰微粒子は、約５μｍ〜約３０μｍ、約７μｍ〜約２５μｍ、又は約１０μｍ〜約２０μｍの平均粒径を有することが可能である。
【００３９】
固定微粒子床については、微粒子は、第１の状態から炭化水素供給原料ガス化状態へのガス化装置の移行の開始前に、ガス化装置内に配置され得る。循環固体ガス化装置又は輸送ガス化装置については、微粒子は、例えば第１の状態すなわち初期状態から最終状態すなわち動作状態へのガス化装置の移行の前、間、及び／又は後になど、任意の所望の時に導入され得る。例えば、微粒子は、ガス化装置への第１の燃焼ガス及び／又は第２の始動用燃料の導入前に、ガス化装置内に導入又は加えることが可能である。別の実例においては、微粒子は、ガス化装置への第１の燃焼ガス及び／又は第２の始動用燃料の導入中に、導入され得る。別の実例においては、微粒子は、第１の燃焼ガス及び／又は第２の始動用燃料がガス化装置に導入された後であるが、炭化水素供給原料の導入前に、導入され得る。別の実例においては、微粒子は、第１の燃焼ガス及び第２の始動用燃料がガス化装置に導入された後であって、且つ炭化水素供給原料の導入が開始された後に導入され得る。別の実例においては、微粒子の少なくとも一部分が、ガス化装置に第１の燃焼ガス及び第２の始動用燃料を導入する前にガス化装置に導入され得る。
【００４０】
ガス化装置内の保熱に加えて、微粒子は、上記において論じ説明されたように、ガス化装置への炭化水素供給原料の導入の開始時に生成され得る炭素質材料の堆積用のキャリア又はサポートとなり得る。炭素含有微粒子又は「コークス化」微粒子は、高温ガス又は合成ガス生成物から分離され、ガス化装置内において再循環され得る。ガス化装置において、微粒子上に堆積した炭素又はコークスは、燃焼されて、熱及び再生微粒子を生成することが可能である。微粒子上の炭素を燃焼させることにより生じる熱は、動作温度にガス化装置を維持することを補助し得る。
【００４１】
また、１つ又は複数の具体例においては、１つ又は複数の吸収剤が、ガス化装置に導入され得る。吸収剤は、ガス化装置内の気相のナトリウム蒸気などの合成ガスから、１つ又は複数の汚染物質を捕獲することが可能である。吸収剤は、粒子同士が凝集する傾向を低下させるために、ガス化装置の前に又はその内において炭化水素供給原料粒子に対して散布される又は被覆を行うように使用され得る。吸収剤は、約５ミクロン〜約１００ミクロン、又は約１０ミクロン〜約７５ミクロンの平均粒径まで細かくされ得る。例示の吸収剤には、炭素富化灰、石灰石、ドロマイト、及びコークス・ブリーズが含まれ得るが、それらに限定されない。第２の始動用燃料及び／又は炭化水素供給原料から放出される残留硫黄は、第２の始動用燃料及び／又は炭化水素供給原料中の天然カルシウムにより、或いはカルシウム系吸収剤により捕獲されて、硫化カルシウムを形成することが可能である。
【００４２】
図面は、１つ又は複数の具体例による、１つ又は複数の炭化水素供給原料をガス化するための例示的なガス化システム１００を図示する。このガス化システム１００は、単一のガス化装置（１２０で図示）、又は直列若しくは並列で配置された２つ以上のガス化装置（図示せず）を備えることが可能である。また、ガス化システム１００は、１つ又は複数の始動用燃焼器（１０５で図示）を備えることも可能である。始動用燃焼器１０５は、ライン１０１を経由して導入される第１の始動用燃料を燃焼させることにより、ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスを生成することが可能であり、この第１の燃焼ガスは、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態までガス化装置１２０を始動又は移行させることを補助することが可能である。ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスは、ライン１０７及び／又は複数のライン１０７を経由してガス化装置１２０内の１つ又は複数の位置に導入され得る点に留意されたい。各ガス化装置１２０は、１つ又は複数の混合ゾーン又は導入ゾーン（２つを１２５、１３０で図示）、１つ又は複数の上昇管ゾーン又はガス化ゾーン１３５、１つ又は複数の分解器又は分離器（２つを１４０及び１４５で図示）、１つ又は複数の立て管１５０、及び１つ又は複数の輸送ライン（４つを１３７、１４１、１４３及び１５３で図示）を備えることが可能である。ガス化システム１００が、２つ以上のガス化装置１２０を備える場合には、各ガス化装置１２０は、相互独立的に構成することが可能であり、又は１つ又は複数の混合ゾーン１２５、１３０、上昇管１３５、分離器１４０、１４５及び立て管１５０の中の任意のものを共有し得るように構成することが可能である。簡略化及び説明を容易にするために、単一の反応器列のコンテクストにおいて、ガス化装置１２０の具体例をさらに説明する。
【００４３】
ライン１０１を経由する第１の始動用燃料及びライン１０３を経由する１つ又は複数の酸化剤が、始動用燃焼器１０５に導入され得ると共に、この第１の始動用燃料は、この始動用燃焼器１０５内において燃焼されて、ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスを生成し得る。始動用燃焼器１０５は、任意の燃焼デバイス、燃焼システム、或いは第１の始動用燃料を燃焼させることが可能なデバイス及び／又はシステムの組合せであることが可能であり、或いはそれらを備えることが可能である。例えば、始動用燃焼器１０５は、酸化剤及び第１の始動用燃料を混合するための混合ゾーンと、第１の始動用燃料／酸化剤混合物を燃焼させるための燃焼ゾーンとを備えることが可能である。始動用燃焼器１０５は、約４以下、約３以下、又は約２以下のターンダウン比を有することが可能である。始動用燃焼器は、１つ又は複数の燃焼器ノズルを備える耐熱性ライナを施されたチャンバを備えることが可能である。この１つ又は複数の燃焼器ノズルにおいては、例えば蒸気などの噴霧流などを含む液体燃料の混合物が、例えば、このチャンバ内に噴射され、加圧空気流又は他の酸化剤流中において燃焼されて、高温の燃焼生成物流を生じさせることが可能であり、この生成物は、第１の燃焼ガスとしてガス化装置に導入され得る。燃料流及び酸化剤流の制御、点火開始の検出、点火用バーナの制御、及び希釈剤の添加等々のためのシステムが、この始動用燃焼器に備えられ得ると共に、ガス化装置制御システムに連携され得る。
【００４４】
ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスは、ガス化装置１２０の第１の混合ゾーンすなわち導入ゾーン１２５に導入され得る。第１の燃焼ガスは、第２の混合ゾーン１３０及び上昇管１３５を通り、輸送ライン１３７を経由して第１の分離器１４０まで流れることが可能である。第１の燃焼ガスからの熱は、ガス化装置１２０を、及び存在する場合には、ガス化装置１２０中を循環する流動粒子１２７を加熱することが可能である。図示しないが、ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスは、第１の混合ゾーン１２５の代わりに又はそれに追加して、第２の混合ゾーン１３０に、第１の混合ゾーン１２５と第２の混合ゾーン１３０との間に、及び／又は上昇管１３５に導入することが可能である。
【００４５】
第１の燃焼ガス及び微粒子１２７は、上昇管１３５から出ることが可能であり、輸送ライン１３７を経由して第１の分離器１４０に導入されることが可能であり、この第１の分離器１４０においては、微粒子１２７の少なくとも一部分が分離されて、輸送ライン１４１を経由する第１の分離ガスと、輸送ライン１４３を経由する分離微粒子１２７とが生成され得る。１つ又は複数の具体例においては、輸送ライン１４３を経由する分離微粒子１２７の全て又は一部分が、立て管１５０に再循環され得る。１つ又は複数の具体例においては、輸送ライン１４３内の分離微粒子１２７の全て又は一部分が、ライン１４４を経由してガス化装置から除去され得る。ライン１４４を経由してガス化装置１２０から微粒子１２７を除去することを利用することにより、立て管１５０内の微粒子の高さ及び／又はガス化装置１２０内の微粒子の総量を制御することが可能となる。輸送ライン１４１を経由する第１の分離ガスは、第２の分離器１４５に導入され得るが、この第２の分離器１４５においては、流動微粒子１２７の第２の部分が（存在する場合）分離されることにより、ライン１４７を経由する分離ガス生成物すなわち分離された第１の燃焼ガスと、立て管１５０に導入され得る分離微粒子とが生成され得る。
【００４６】
分離器１４０及び１４５は、第１の燃焼ガス、第２の燃焼ガス、ガス化された炭化水素若しくは合成ガス、又は任意の他の流体から、微粒子の少なくとも一部分を分離又は除去することが可能な、任意のデバイス、システム、或いはデバイス及び／又はシステムの組合せであることが可能であり、或いはそれらを備えることが可能である。例示の分離器には、サイクロン、脱塩装置、及び／又はデカンタが含まれ得るが、それらに限定されない。
【００４７】
立て管１５０内の微粒子１２７は、輸送ラインすなわち再循環ライン１５３を経由して上昇管１３５に再循環され得る。再循環微粒子は、第１の混合ゾーン１２５に、第２の混合ゾーン１３０に、又は図示するように第１の混合ゾーン１２５と第２の混合ゾーン１３０との間に導入され得る。上記において論じ説明したように、微粒子１２７は、ライン１０７を経由してガス化装置１２０に第１の燃焼ガスを導入する前に、ガス化装置１２０内に加えられ得るか又は別様に配置され得る。そのため、微粒子１２７の循環は、ライン１０７を経由して第１の混合ゾーン１２５に第１の燃焼ガスを導入する前に開始され得る。別の実例においては、微粒子１２７の導入及び循環は、ライン１０７を経由して第１の燃焼ガスが導入されている間及び／又はその後に開始され得る。１つ又は複数の流体導入ライン（３つを１４２、１４９、及び１５２で図示）を経由する１つ又は複数の流体は、輸送ライン１４３、立て管１５０、及び再循環ライン１５３にそれぞれ導入されて、ガス化装置１２０内において微粒子１２７を循環させるための動因流体をガス化装置１２０内に生成することが可能である。ライン１４２、１４９及び１５２を経由して導入される例示的な流体には、窒素などの不活性ガス、再循環合成ガスなどの可燃ガス、それらの混合物、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せが含まれ得るが、それらに限定されない。
【００４８】
ライン１０７を経由してガス化装置１２０に導入される第１の燃焼ガスは、第１の温度すなわち初期温度から第２の温度すなわち中間温度まで、ガス化装置１２０内の温度を上昇させ、及び存在する場合にはガス化装置１２０内を循環する微粒子１２７の温度を上昇させ得る。ガス化装置１２０が、第１の状態すなわち初期状態から移行すると、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料は、ガス化装置１２０に導入され得る。図示するように、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料は、上昇管１３５に直接的に導入され得る。例えば、第２の始動用燃料は、１つ又は複数のノズル、或いは任意の他の注入デバイス、又はガス化装置１２０に配設される注入デバイスの組合せを通して導入され得る。別の実例においては、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料は、１つ又は複数のノズル、或いは他の注入デバイス、又はそれらの組合せを通して、上昇管１３５、第２の混合ゾーン１３０、及び／又は第１の混合ゾーン１２５に導入され得る。好ましくは、第２の始動用燃料は、ライン１０７を経由する第１の燃焼ガスの下流においてガス化装置に導入される。
【００４９】
第２の始動用燃料の少なくとも一部分は、例えば上昇管１３５などのガス化装置内において燃焼して、第２の燃焼ガス及び熱を生じさせることが可能である。この熱は、炭化水素供給原料動作温度へとガス化装置１２０内の温度をさらに上昇させるために利用され得る。第２の始動用燃料を燃焼させるために使用可能なガス化装置１２０内の酸化剤の量は、ライン１１７を経由して第１の混合ゾーンに導入される、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料と共にライン１１３を経由して第２の混合ゾーンに導入される、及び／又はライン１０７を経由する第１の燃焼ガスの一成分として導入される、１つ又は複数の酸化剤を導入する及び／又は減少させることによって制御することが可能である。
【００５０】
第２の燃焼ガス、並びに存在する場合には第１の燃焼ガス及び／又は循環微粒子１２７は、輸送ライン１３７を経由して第１の分離器に導入されることにより、輸送ライン１４３を経由する分離微粒子と、輸送ライン１４１を経由する第２の燃焼ガス及び第１の燃焼ガスとを生成し得る。第２の燃焼ガス、及び存在する場合には第１の燃焼ガスは、輸送ライン１４１を経由して第２の分離器１４５に導入され得るが、この第２の分離器においては、任意の残留微粒子１２７の少なくとも一部分が、分離され、立て管１５０に戻され得ると共に、第２の燃焼ガス及び第１の燃焼ガスが、ライン１４７を経由して回収される。
【００５１】
ライン１０７を経由しての第１の燃焼ガスの導入は、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料の導入が開始される前、その時、又はその後に、停止され得る。ライン１０７を経由しての第１の燃焼ガスの導入は、例えば約１分未満などの短期間の間に、又は例えば数分、数十分、若しくは数時間などの長期間の間に徐々に、停止され得る。そのため、ライン１０７を経由した第１の混合ゾーン１２５への第１の燃焼ガスの導入の停止は、短期間の間に行うことが可能であり、又は全速の導入速度からゼロへと徐々に移行させることが可能である。
【００５２】
ガス化装置１２０が、第２の状態すなわち中間状態から炭化水素供給原料処理状態へと移行すると、ライン１１１を経由する炭化水素供給原料は、ガス化装置１２０に導入され得る。図示するように、ライン１１１を経由する炭化水素供給原料は、第２の混合ゾーン１３０に導入され得る。別の実例においては、炭化水素供給原料１１１は、第１の混合ゾーン１２５、第２の混合ゾーン１３０、及び／又は上昇管１３５に導入され得る。炭化水素供給原料の一部分を燃焼させるために使用可能なガス化装置１２０内の酸化剤の量は、ライン１１７を経由して第１の混合ゾーンに導入される、ライン１０９を経由する第２の始動用燃料と共にライン１１３を経由して第２の混合ゾーンに導入される、及び／又はライン１０７を経由する第１の燃焼ガスの一成分として導入される、１つ又は複数の酸化剤の量を調節することによって、制御することが可能である。上記において論じ説明したように、ライン１１１を経由して導入される炭化水素供給原料の少なくとも一部分は、ガス化装置１２０内においてガス化され得る。また、１つ又は複数の具体例においては、ライン１１１を経由して導入される炭化水素供給原料の少なくとも一部分は、燃焼、蒸気化、分解、及び／又は循環微粒子１２７上に堆積されることにより、第３の燃焼ガス、蒸気化された炭化水素、分解された炭化水素、及び／又は炭素含有微粒子を生成することも可能である。高温のガス生成物又は合成ガスは、第１の分離器１４０及び第２の分離器１４５を経由してこれらの微粒子（存在する場合）から分離され、ライン１４７を経由する高温のガス生成物又は合成ガスとして回収され得る。
【００５３】
分離された炭素含有微粒子の少なくとも一部分は、輸送ライン１４３を経由して立て管１５０へと再循環され、次いで輸送ライン１５３を経由して第１の混合ゾーン１２５、第２の混合ゾーン１３０、及び／又は上昇管１３５まで再循環されて、そこで、これらの微粒子上に堆積された炭素の少なくとも一部分が、燃焼されることにより熱を発生させ得る。
【００５４】
ライン１０９を経由しての第２の始動用燃料の導入は、ライン１１１を経由する炭化水素供給原料の導入が開始される前、その時、又はその後に停止され得る。ライン１０９を経由しての第２の始動用燃料の導入は、例えば約１分未満などの短期間の間に、又は例えば数分、数十分、若しくは数時間などの長期間の間に徐々に停止され得る。そのため、ライン１０９を経由した上昇管１３５への第２の始動用燃料の導入の停止は、短期間の間に行うことが可能であり、又は全速の導入速度からゼロへと徐々に移行させることが可能である。
【００５５】
図示しないが、１つ又は複数の弁或いは他の流れ制限デバイスが、ライン１０３、１１７、及び１１３内の酸化剤、ライン１０１内の第１の始動用燃料、ライン１０９内の第２の始動用燃料、ライン１１１内の炭化水素供給原料、ライン１０７内の第１の燃焼ガス、ライン１４７内の燃焼ガス又は合成ガス生成物、ライン１４２、１４９及び１５２内の流体、並びにライン１４４内の微粒子の量を制御又は調節するために使用され得る。
【００５６】
任意の適切なタイプの循環固体ガス化装置が、第１の燃焼ガス及び第２の燃焼ガスの組合せ、及び／又は第２の燃焼ガスのみを使用することにより、第１の状態すなわち初期状態から炭化水素供給原料処理状態に移行され得る。適切な循環固体又は輸送ガス化装置は、米国特許第７，７２２，６９０号、米国特許出願第２００８／００８１８４４号、米国特許出願第２００８／０１５５８９９号、米国特許出願第２００９／０１８８１６５号、米国特許出願第２０１０／００１１６６４号、及び米国特許出願第２０１０／０１３２２５７号において論じられ説明されるようなものが可能である。
【００５７】
本明細書において説明される具体例は、以下の段落の中の任意の１つ又は複数のものにさらに関する。
【００５８】
段落１．ガス化装置を作動させる方法において、
第１の始動用燃料を燃焼させることにより第１の燃焼ガスを生成するステップと、
ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入することにより、開始温度から第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度までガス化装置内の温度を上昇させるステップと、
ガス化装置内の温度が第２の始動用燃料の少なくとも自己発火温度となった後に、ガス化装置に第２の始動用燃料を直接的に導入するステップと、
ガス化装置内にて第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させることより第２の燃焼ガスを生成するステップであって、第２の燃焼ガスにより、炭化水素供給原料のガス化温度までガス化装置内の温度を上昇させるのに十分な熱が生じる、ステップと、
ガス化装置に炭化水素供給原料を導入するステップと、
ガス化装置内にて炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化することにより合成ガスを生成するステップとを含む、ガス化装置を作動させる方法。
【００５９】
段落２．第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量をガス化装置内にて維持するステップであって、第２の燃焼ガス中の酸化剤の濃度を約１モル％未満に維持する、ステップをさらに含む、段落１に記載の方法。
【００６０】
段落３．炭化水素供給原料の一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量をガス化装置内において維持するステップであって、合成ガス中の酸化剤の濃度を、約１モル％未満に維持するステップをさらに含む、段落１又は２に記載の方法。
【００６１】
段落４．第２の始動用燃料を、第１の燃焼ガス比較して下流側からガス化装置に導入する、段落１から３までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６２】
段落５．ガス化装置内に微粒子を循環させるステップをさらに含む、段落１から４までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６３】
段落６．ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入する前にガス化装置内に微粒子を循環させるステップであって、微粒子の循環を、第２の始動用燃料の導入の間、及び炭化水素供給原料の導入の間維持するステップをさらに含む、段落１から５までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６４】
段落７．微粒子は、砂、灰、セラミック、石灰石、又はそれらの任意の組合せを含む、段落５又は６に記載の方法。
【００６５】
段落８．第２の始動用燃料の導入が開始された後に第１の燃焼ガスの導入を停止するステップをさらに含む、段落１から７までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６６】
段落９．炭化水素供給原料の導入が開始された後に第２の始動用燃料の導入を停止するステップをさらに含む、段落１から８までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６７】
段落１０．第２の始動用燃料の自己発火温度は、約２００℃〜約５６０℃の範囲であり、炭化水素供給原料のガス化温度は、約７００℃以上である、段落１から９までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６８】
段落１１．第１の燃焼ガスを、約３以下のターンダウン比を有する始動用燃焼器内で生成する、段落１から１０までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００６９】
段落１２．第２の始動用燃料は、１個〜約２５個の炭素原子を有する１つ又は複数の炭化水素を含む、段落１から１１までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００７０】
段落１３．第２の始動用燃料が、約３０５℃〜約３２５℃の範囲の自己発火温度を有するディーゼルである、段落１から１２までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００７１】
段落１４．ガス化装置を動作させる方法において、
ガス化装置内に微粒子を循環させるステップと、
ガス化装置に第１の燃焼ガスを導入することにより初期温度から中間温度にガス化装置内の温度を上昇させるステップであって、第１の燃焼ガスは、第１の始動用燃料を燃焼させることにより生成され、中間温度は、第２の始動用燃料が自己発火するのに十分な温度である、ステップと、
ガス化装置が中間温度になった後にガス化装置に第２の始動用燃料を直接的に導入するステップであって、第２の始動用燃料ｗ、第１の燃焼ガスよりも相対的に下流側からガス化装置に導入する、ステップと、
ガス化装置内で第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させることにより、動作温度にまでガス化装置内の温度を上昇させるステップであって、動作温度は、炭化水素供給原料をガス化するのに十分な温度である、ステップと、
第２の始動用燃料の導入を開始した後に第１の燃焼ガスの導入を停止するステップと、
ガス化装置が動作温度になった後にガス化装置に炭化水素供給原料を導入するステップと、
ガス化装置内で炭化水素供給原料の少なくとも一部分をガス化することにより合成ガスを生成するステップと、
炭化水素供給原料の導入を開始した後に第２の始動用燃料の導入を停止するステップとを含む、方法。
【００７２】
段落１５．中間温度は、約２００℃〜約５６０℃であり、動作温度は約７００℃以上である、段落１４に記載の方法。
【００７３】
段落１６．第２の始動用燃料の少なくとも一部分を燃焼させるために十分な酸化剤の量をガス化装置内にて維持するステップであって、酸化剤を、
第１の燃焼ガスの一成分として、又は
直接的に、又は
第２の始動用燃料の一成分として、又は  
１つ又は複数の不活性ガスと組み合わされて、又は
それらの任意の組合せにより、
ガス化装置に導入し、第２の燃焼ガス中の酸化剤の濃度を約１モル％未満に維持するステップをさらに含む、段落１４又は１５に記載の方法。
【００７４】
段落１７．ガス化装置内の温度が初期温度から動作温度まで上昇される際に、初期圧力から動作圧力までガス化装置内の圧力を上昇させるステップをさらに含む、段落１４から１６までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００７５】
段落１８．第１の燃焼ガスを、約３以下のターンダウン比を有する始動用燃焼器内にて生成する、段落１４から１７までのいずれか１つの段落に記載の方法。
【００７６】
段落１９．ガス化装置と、
第１の始動用燃料を燃焼させることにより第１の燃焼ガスを生成するための始動用燃焼器と、
始動用燃焼器の燃焼ガス排出口及びガス化装置に第１の燃焼ガスを導入するためのガス化装置の燃焼ガス注入口と流体連通状態にある輸送ラインと、
ガス化装置上に配置され、ガス化装置に第２の始動用燃料を導入するように適合化された、第２の始動用燃料ノズルとを備える、炭化水素供給原料をガス化するシステム。
【００７７】
段落２０．第２の始動用燃料ノズルは、ガス化装置の燃焼ガス注入口の下流側にてガス化装置に配置される、段落１９に記載のシステム。
【００７８】
いくつかの具体例及び構成を、一連の上限値及び一連の下限値を使用して説明した。別途示されない限り、任意の下限から任意の上限までの範囲が予期されるものとして認識されたい。ある下限、上限、及び範囲が、以下の１つ又は複数の請求項に示される。全ての数値は、示唆される値の「近似値」であり、当業者により予想される実験誤差及びばらつきが考慮される。
【００７９】
上記においては様々な用語を定義した。上記において定義されていない請求項で使用される用語は、少なくとも１つの公開刊行物又は特許に反映されるような、当業者がその用語に対して与えてきた最大限の広さの定義を与えられるべきである。さらに、本出願に引用した全ての特許、試験手順、及び他の文献は、それらの開示が本出願と矛盾しない限り、及びその援用が許可されているあらゆる法域で、完全に援用する。
【００８０】
以上に記載は、本発明の具体例に関するものであるが、本発明の基本範囲から逸脱することなく、本発明の他の具体例が案出され得る。その範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。
2014529347.tif 000003
【国際調査報告】
2014529347.tif 000004