(57)【要約】  下流プロセスで用いるのに有効なシンガスの生成方法を提供する。シンガスの生成方法は、ガス化装置及びガス化装置下流の設備が第1目標温度まで十分に温まるまでガス化装置を始動モードで操作する工程を含む。第1目標温度に到達したら、プロセスを生成モードで操作して、より高いCO/CO2モル比を有する第2シンガスを生成する。第1目標温度に到達するまでの始動モードの操作は、下流設備の汚れを低減し、かつさらに効率的に冷却及び洗浄できる第2シンガスを形成するのに有効な方法を提供する。【選択図】図２
2014512435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンガスの生成方法であって、下記工程：
炭素質材料をガス化して、約0.5未満のCO対CO2モル比を有する第1シンガスを、この第1シンガスが第1目標温度に到達するまで形成する工程；及び
前記第1目標温度に到達したら、炭素質材料をガス化して、前記第1シンガスより高いCO対CO2比を有する第2シンガスを形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記炭素質材料のガス化がガス化装置内で起こる、請求項1の方法。
【請求項３】
無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約100lb-モルの比率で分子酸素を導入する、請求項1の方法。
【請求項４】
前記ガス化装置の内側及び／又は下流の1つ以上の点で前記第1シンガスの温度を測定する、請求項2の方法。
【請求項５】
前記ガス化装置の内側及び／又は外側の1つ以上の点における前記第1シンガスの温度が前記第1目標温度に到達したら、無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約100lb-モルの比率で分子酸素を導入して前記第2シンガスを形成する、請求項4の方法。
【請求項６】
前記第1目標温度が約700℃〜約1000℃である、請求項1の方法。
【請求項７】
前記第1シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成し、かつ前記第2シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第2シンガスを生成する、請求項1の方法。
【請求項８】
前記シンガスを前記シンガス冷却器に約24メートル/秒より大きい線速度で通す、請求項7の方法。
【請求項９】
前記第1シンガスの少なくとも一部を該第1シンガスが前記第1目標温度に到達するまで熱酸化ユニットに供給する、請求項1の方法。
【請求項１０】
シンガスの生成方法であって、下記工程：
(a)炭素質材料及び分子酸素をガス化装置に添加して、CO/CO2モル比が0.5未満の第1シンガスを生成する工程；
(b)前記ガス化装置の下流で前記第1シンガスの温度を測定する工程；及び
(c)前記第1シンガスの前記温度が前記シンガス冷却器に入る前に第1目標温度に到達したら、前記ガス化装置内における炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加を低減して、CO/CO2モル比が前記第1シンガスより高い第2シンガスを生成する工程
を含む前記方法。
【請求項１１】
前記第1シンガスの温度をシンガス冷却器に入る前に測定する、請求項10の方法。
【請求項１２】
前記第1シンガスの温度をシンガス冷却器の下流で測定する、請求項10の方法。
【請求項１３】
前記第1シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成し、かつ前記第2シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器に通して冷却第2シンガスを生成する、請求項10の方法。
【請求項１４】
工程(a)の分子酸素源が、空気、酸素富化空気、純粋酸素、及びその組合せから成る群より選択される、請求項10の方法。
【請求項１５】
工程(c)の分子酸素源が、空気、酸素富化空気、純粋酸素、及びその組合せから成る群より選択される、請求項10の方法。
【請求項１６】
工程(a)の分子酸素源が空気を含む、請求項10の方法。
【請求項１７】
工程(c)の分子酸素源が純粋酸素を含む、請求項10の方法。
【請求項１８】
前記第1目標温度が約700℃〜約1000℃である、請求項10の方法。
【請求項１９】
前記第1目標温度が約750℃〜約850℃である、請求項10の方法。
【請求項２０】
炭素質材料の添加比率を高めることによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加の低減を達成する、請求項10の方法。
【請求項２１】
分子酸素の添加比率を下げることによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加の低減を達成する、請求項10の方法。
【請求項２２】
前記冷却第1シンガスの少なくとも一部を、前記シンガス冷却器に通す前の第1シンガスの前記一部と混合して前記冷却第1シンガスを生成する工程をさらに含む、請求項13の方法。
【請求項２３】
前記冷却第2シンガスの少なくとも一部を、前記シンガス冷却器に通す前の前記第2シンガスの少なくとも一部と混合する工程をさらに含む、請求項13の方法。
【請求項２４】
前記冷却第1シンガスと前記第1シンガスの混合物の前記シンガス冷却器を通って流れる線速度が約24メートル/秒より大きい、請求項22の方法。
【請求項２５】
前記冷却第2シンガスと前記第2シンガスの混合物の前記シンガス冷却器を通って流れる線速度が約24メートル/秒より大きい、請求項23の方法。
【請求項２６】
前記第2シンガスのCO/CO2モル比が約1.0より大きい、請求項10の方法。
【請求項２７】
前記第2シンガスのCO/CO2モル比が約1.5より大きい、請求項10の方法。
【請求項２８】
前記ガス化装置が、移動床、固定床、流動床、同伴流、向流(「上向き通風」)、並流(「下向き通風」)、向流固定床、並流固定床、向流移動床、並流移動床直交通風、ハイブリッド、直交流、直交流移動床、又はその一部、及びその組合せから成る群より選択される、請求項10の方法。
【請求項２９】
前記ガス化装置が1つ以上の反応ゾーンを含む、請求項10の方法。
【請求項３０】
前記ガス化装置が、生シンガスを生成するための、炭素質材料のガス化用のガス化ゾーンと、第1シンガス又は第2シンガスを生成するための、前記生シンガスの熱処理用の熱処理ゾーンとを含む、請求項10の方法。
【請求項３１】
工程(c)の前に前記熱処理ゾーン内で少なくとも約900℃の温度を達成する工程をさらに含む、請求項30の方法。
【請求項３２】
工程(c)の前に前記熱処理ゾーン内で少なくとも約1000℃の温度を達成する工程をさらに含む、請求項30の方法。
【請求項３３】
前記第1シンガス、第2シンガス、冷却第1シンガス、及び冷却第2シンガスの1種以上の少なくとも一部を熱酸化ユニット内で処理する工程をさらに含む、請求項10の方法。
【請求項３４】
前記ガス化装置の下流の第1シンガスの前記温度が第1目標温度に到達するまで前記第1シンガスの少なくとも一部を熱酸化ユニット内で処理する工程をさらに含む、請求項10の方法。
【請求項３５】
前記熱処理ゾーン内で少なくとも約900℃の温度に到達するまで前記第1シンガスの少なくとも一部を熱酸化ユニット内で処理する工程をさらに含む、請求項30の方法。
【請求項３６】
前記シンガス冷却器が、シェル＆チューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレート＆フレーム熱交換器、多管式熱交換器、二重管熱交換器、ヘアピン熱交換器、単流熱交換器、多流熱交換器、プレートフィン熱変換器、スパイラル熱交換器、及びその組合せから成る群より選択される、請求項10の方法。
【請求項３７】
工程(c)で蒸気及びCO2の1種以上を添加する工程をさらに含む、請求項10の方法。
【請求項３８】
工程(a)で無水ベースで炭素質材料1トン当たり約50lb-モル未満の蒸気又は無水ベースで炭素質材料1トン当たり約50lb-モル未満のCO2を添加する、請求項10の方法。
【請求項３９】
シンガスを生成するために、ガス化装置内で炭素質材料をガス化する工程を含む方法であって、下記工程：
(a)前記ガス化装置に炭素質材料を添加し、かつ分子酸素を添加して、CO/CO2モル比が0.5未満の第1シンガスを生成する工程；
(b)前記第1シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成する工程；
(c)前記冷却第1シンガスの少なくとも一部を集塵システムに通して清浄シンガスを生成する工程；
(d)前記清浄シンガスの温度を前記集塵システムの出口で測定する工程；及び
(e)前記清浄シンガスの温度が第2目標温度に到達したら、前記ガス化装置内における炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加を低減して、CO/CO2モル比が前記第1シンガスの当該モル比より高い第2シンガスを生成する工程
を含む前記方法。
【請求項４０】
前記第2目標温度が約100℃〜約200℃である、請求項39の方法。
【請求項４１】
前記第2目標温度が約100℃〜約150℃である、請求項39の方法。
【請求項４２】
前記シンガスが10ppm未満のタールを含有する、請求項39の方法。
【請求項４３】
シンガスの冷却方法であって、下記工程：
シンガスをシンガス冷却器に通して冷却シンガスを生成する工程；及び
前記冷却シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器の入口へ再循環させて、760℃以下の前記シンガス冷却器の入口温度と、
少なくとも24メートル/秒の前記シンガス冷却器の入口を通る線速度とを維持する工程
を含む前記方法。
【請求項４４】
前記第1シンガスが前記再循環された冷却シンガスと混合する前に目標温度未満であるときは前記シンガスのCO対CO2モル比を約0.5未満に維持する、請求項43の方法。
【請求項４５】
前記目標温度が約700℃〜約1000℃である、請求項44の方法。
【請求項４６】
前記第1シンガスが前記再循環された冷却シンガスと混合する前に目標温度より高いときは前記シンガスのCO対CO2モル比を約1より高く維持する、請求項43の方法。
【請求項４７】
前記目標温度が約700℃〜約1000℃である、請求項46の方法。
【請求項４８】
前記目標温度が約750℃〜約850℃である、請求項47の方法。
【請求項４９】
前記シンガスのタール等価物含量を約10ppm未満に維持する、請求項43の方法。
【請求項５０】
前記タール等価物が、ベンゼン、アルコール、及びその混合物から成る群より選択される炭化水素に相当する、請求項49の方法。
【請求項５１】
炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の前記ガス化装置への添加を制御することによって前記CO対CO2モル比を維持する、請求項43の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全て2011年4月6日に提出された米国仮出願第61/516,646号、第61/516,704号及び第61/516,667号の優先権を主張する。これら全ての内容全体を参照によってここに援用する。
一酸化炭素及び水素を含む発生炉ガス又は合成ガス又はシンガスを生成するための炭素質材料のガス化のための方法を提供する。さらに詳しくは、本方法は、下流使用のための冷却シンガスの生成に有効である。本方法は、炭素質材料のガス化を利用してシンガスを生成した後、前記シンガスを冷却して冷却シンガスを生成し、必要に応じて前記冷却シンガスを洗浄して数種の下流プロセス用の清浄シンガスを生成する。
【背景技術】
【０００２】
背景
一酸化炭素及び水素を含む発生炉ガス又は合成ガス又はシンガスを生成するための炭素質材料のガス化は技術上周知である。典型的に、PCT特許出願第WO 93/018341号に開示されているように、該ガス化プロセスは、準化学量論量の酸素をガス化プロセスに供給して一酸化炭素の生成を促進する炭素質材料の部分酸化又は空気不足酸化を含む。炭素質材料の部分酸化によって生成されたガス生成物は、例えばタールの破壊のため高温熱処理ユニット内で処理されることが多い。例えば2段階ガス化装置を開示しているWO 2009/154788を参照されたい。この装置では炭素質材料を第1段階に供給し、この第1段階では制御した速度で空気、酸素富化空気又は純粋酸素を注入することができる。第1段階の温度及び酸素投入量は、炭素質材料の部分酸化のみが起こるように制御される。第1段階からのガス生成物は第2段階(熱処理ユニット)へ移動する。第1段階からのガス流に含まれるいずれのタールの分解及び部分酸化をも達成するために第2段階へ純粋酸素が導入される。生成物シンガスが第2段階から除去される。
従来技術に記載されているガス化プロセスによって生成されるシンガスは高温であり得るので下流処理前に冷却する必要がある。高温シンガスのこの熱含量の回収及び使用はプロセス経済にとって非常に重要であり得る。ガス化装置内で生じた一酸化炭素を含む高温シンガスは熱交換器又はガス化装置下流の廃熱ボイラー内で冷却される。例えば米国特許第6,435,139号；米国特許第7,587,995号及び米国特許第7,552,701号を参照されたい。
【０００３】
高温還元環境では一酸化炭素は安定な生成物である。しかしながら一酸化炭素が冷却されると、一酸化炭素は酸化して二酸化炭素になり、すすとして沈殿する炭素(グラファイト)を生成し得る。
2CO(g)→CO2(g)+C(s)
この反応は一般的にブードワ(Boudouard)反応として知られ、約760℃以下で起こると考えられている。炭素の沈着に起因する熱伝達面の汚れはシンガス冷却器の操作に支障をきたす恐れがある。従って、シンガス冷却器の汚れを排除又は低減することが重要である。
炭素質物質中のイオウは還元的操作モードではH2Sに変換し、酸化的操作モードではSO2に変換する。SO2は処分前に容易に解体できるので、始動中にSO2を生じさせるのが有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
汚れ又は炭素沈着物形成を低減又は排除するように、ガス化装置内で炭素質材料をガス化して、一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)を含むシンガスを生成する工程及び前記シンガスをシンガス冷却器内で冷却する工程を含むプロセスの操作方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
下流プロセスで用いるのに有効なシンガスの生成方法を提供する。シンガスの生成方法は、ガス化装置及びガス化装置下流の設備が第1目標温度まで十分に温まるまでガス化装置を始動モードで操作する工程を含む。第1目標温度に到達したら、プロセスを生成モードで操作して、より高いCO/CO2モル比を有する第2シンガスを生成する。第1目標温度に到達するまでの始動モードの操作は、下流設備の汚れを低減し、かつさらに効率的に冷却及び洗浄できる第2シンガスを形成するのに有効な方法を提供する。冷却及び洗浄された、より高いCO/CO2モル比を有する第2シンガスは発酵プロセスに特に有用である。
シンガスの生成方法は、炭素質材料をガス化して、約0.5未満のCO対CO2モル比を有する第1シンガスを、この第1シンガスが第1目標温度に到達するまで形成する工程を含む。第1目標温度に到達したら、炭素質材料をガス化して、第1シンガスより高いCO対CO2モル比を有する第2シンガスを形成する。炭素質材料のガス化はガス化装置内で起こり、無水ベース（dry basis）で炭素質材料1トン当たり約0〜約100lb(約45.36kg)-モルの比率で分子酸素を導入して第1シンガスを形成する。ガス化装置の内側及び／又は下流の1つ以上の点で第1シンガスの温度を測定し得る。ガス化装置の内側及び／又は下流の1つ以上の点における第1シンガスの温度が第1目標温度に到達したら、無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約100lb(約45.36kg)-モルの比率で分子酸素を導入して第2シンガスを形成する。この態様では、第1目標温度は約700℃〜約1000℃である。
一態様では、第1シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成し、第2シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第2シンガスを生成する。この態様では、シンガスをシンガス冷却器に約24メートル/秒より大きい線速度で通す。第1シンガスの少なくとも一部を該第1シンガスが第1目標温度に到達するまで熱酸化ユニットに供給する。
【０００６】
別の態様では、炭素質材料及び分子酸素をガス化装置に添加して、CO/CO2モル比が0.5未満の第1シンガスを生成する工程を含む、シンガスの生成方法を提供する。ガス化装置の下流で第1シンガスの温度を測定する。シンガス冷却器に入る前又はシンガス冷却器の下流で温度を測定し得る。シンガス冷却器に入る前にシンガスが第1目標温度に到達したら、ガス化装置内における炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加を低減して、CO/CO2モル比が前記第1シンガスより高い第2シンガスを生成する。第1目標温度は約700℃〜約1000℃である。炭素質材料の添加比率を高めることによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加の低減を達成し得る。或いは、分子酸素の添加比率を下げることによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加の低減を達成し得る。
第1シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成し、かつ第2シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第2シンガスを生成し得る。冷却第1シンガスの少なくとも一部を、そのシンガス冷却器通過前の第1シンガスの一部と混合して、冷却第1シンガスを生成することができる。冷却第2シンガスの少なくとも一部を、シンガス冷却器を通過する前の第2シンガスの少なくとも一部と混合して、冷却第2シンガスを生成することができる。シンガス冷却器を通って流れる冷却第1シンガスと第1シンガスの混合物は、約24メートル/秒より大きい線速度を有し得る。シンガス冷却器を通って流れる冷却第2シンガスと第2シンガスの混合物は、約24メートル/秒より大きい線速度を有し得る。
別の態様では、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加の低減前又は第1目標温度に到達する前に蒸気及びCO2の1種以上をガス化装置に添加してよい。第1目標温度に到達する前に添加を行なうときは、無水ベースで炭素質材料1トン当たり約50lb(約22.68kg)-モル未満の蒸気又は無水ベースで炭素質材料1トン当たり約50lb(約22.68kg)-モル未満のCO2を添加する。
【０００７】
別の態様では、ガス化装置内で炭素質材料をガス化して清浄シンガスを生成する工程を含む方法を提供する。この方法は、ガス化装置に炭素質材料を添加し、かつ分子酸素を添加して、CO/CO2モル比が0.5未満の第1シンガスを生成する工程を含む。第1シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成する。冷却第1シンガスの少なくとも一部を集塵システムに通して清浄シンガスを生成する。清浄シンガスの温度を集塵システムの出口で測定する。清浄シンガスの温度が第2目標温度に到達したら、ガス化装置内における炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加を低減して、CO/CO2モル比が第1シンガスの当該モル比より高い第2シンガスを生成する。この態様では、第2目標温度は約100℃〜約200℃である。この方法は、約10ppm未満のタールを有するシンガスを形成するのに有効である。
別の態様では、シンガスの冷却方法を提供する。この方法は、シンガスをシンガス冷却器に通して冷却シンガスを生成する工程；及び冷却シンガスの少なくとも一部をシンガス冷却器の入口へ再循環させて、760℃以下のシンガス冷却器の入口温度及び少なくとも24メートル/秒のシンガス冷却器の入口を通る線速度を維持する工程を含む。
本方法の上記及び他の態様、いくつかの態様の特徴及び利点は、以下の図面からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含む方法の一態様の概略図である。
【図２】ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合する方法の一態様の概略図である。
【図３】ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合し；かつガス化装置が2つの反応ゾーン、例えば、接続ゾーンを介して接続されたガス化ゾーンと熱処理ゾーンを含む方法の一態様の概略図である。
【図４】ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合し；高温シンガス及び冷却シンガスの1種以上の少なくとも一部を熱酸化ユニットへ送ることができ；かつ前記冷却シンガスの少なくとも一部をバグハウス内で処理加工できる方法の一態様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面の数図を通じて対応する参照記号は対応する構成要素を表す。当業者は、簡単かつ明瞭にするために図中の要素を示してあり、必ずしも縮尺に合わせて描かなくてよいことを理解しているであろう。例えば、本方法及び装置の種々の態様の理解を深める助けになるように図中のいくつかの要素の寸法を他の要素に比べて拡大してよい。また、これらの種々の態様が見えにくくならないように、商業的に実行可能な態様で有用又は必要である共通の十分理解されている要素は描画されないことが多い。
【００１０】
詳細な説明
定義
特に指定のない限り、本開示ではこの明細書全体を通じて下記用語を以下のように定義し、用語は以下に規定する定義の単数又は複数形を包含し得る。
いずれの量をも修飾する用語「約」は、実世界条件内、例えば、研究室、パイロットプラント、又は生産施設内で遭遇される当該量の変動を表す。例えば、「約」で修飾されるときの混合物又は量に使用される成分又は測定値の量には、生産プラント又は研究室で実験条件下にて測定する際に典型的に払われる配慮の変動及び度合が含まれる。例えば、「約」で修飾されるときの生成物の成分の量には、プラント又は研究室内の複数実験のバッチ間の変動及び分析方法に固有の変動が含まれる。「約」による修飾の有無にかかわらず、量には当該量に等価な量が含まれる。本明細書で言及され、「約」で修飾されるいずれの量をも本開示では「約」で修飾されない量として利用することもできる。
用語「バグハウス(“bag-house”又は“baghouse”)」は、ガスに含まれる固体粒子(微細粒子、粉塵)の捕獲、分離又は濾過用に設計された布製濾管、封筒又はカートリッジの使用のためにデザインされたプロセス又は設備を意味する。粉塵を多く含むか又は固体を多く含むガスはバグハウスに入り、フィルターとして作用する布製袋を通過する。袋は、管又は封筒形状のどちらでも綿織物若しくはフェルト綿、合成、又はガラス繊維材料のものであってよい。普通タイプのバグハウスにはロータップシェーカー(mechanical shaker)、リバースエア、及びリバースジェットがある。
【００１１】
本明細書で用いる「炭素質材料」は、例えば石炭、及び石油化学製品等の炭素に富む材料を表す。しかしながら、本明細書では、炭素質材料には、固体、液体、気体、又はプラズマ状態であれ、いずれの炭素材料も含まれる。炭素質材料と考えられる多数のアイテムのうち、本開示は以下のものを企図する：炭素質材料、炭素質液体製品、炭素質産業液体再生品、炭素質一般固形廃棄物(MSW又はmsw)、炭素質都市廃棄物、炭素質農業材料、炭素質林業材料、炭素質木材廃棄物、炭素質建築材料、炭素質植物材料、炭素質産業廃棄物、炭素質発酵廃棄物、炭素質石油化学副産物、炭素質アルコール製造副産物、炭素質石炭、タイヤ、プラスチック、廃棄プラスチック、コークス炉タール、軟質繊維(fibersoft)、リグニン、黒液、ポリマー、廃棄ポリマー、ポリエチレンテレフタラート(PETA)、ポリスチレン(PS)、下水汚泥、動物廃棄物、作物残渣、エネルギー作物、森林加工残渣、木材加工残渣、畜産廃棄物、家禽廃棄物、食品加工残渣、発酵過程廃棄物、エタノール副産物、ビール粕(spent grain)、廃微生物(spent microorganisms)、又はそれらの組合せ。
用語「集塵器」又は「集塵システム」は、ガスに含まれる固体粒子(微細粒子、粉塵)の捕獲、分離又は濾過用にデザインされたプロセス又は設備を意味する。集塵システムは一般的に送風機、粉塵フィルター、フィルター洗浄システム、及び粉塵レセプタクル又は粉塵除去システムから成る。主タイプの産業用集塵器には、慣性力選別装置、布製フィルター又はバグハウス、湿式スクラバー、静電式集塵装置、及びユニット集塵器がある。
用語「軟質繊維(“fibersoft”又は“Fibersoft”又は“fibrosoft”又は“fibrousoft”」は、種々の物質の軟化及び濃縮の結果として生じるタイプの炭素質材料を意味し；一例では、炭素質材料は種々の物質の蒸気オートクレーブによって生成される。別の例では、軟質繊維は、一般廃棄物、産業廃棄物、商業廃棄物、及び医療廃棄物の蒸気オートクレーブの結果として生じる繊維性粥状材料を含み得る。
用語「一般固形廃棄物」又は「MSW」又は「msw」は家庭廃棄物、商業廃棄物、産業廃棄物及び／又は残留廃棄物を含む廃棄物を意味する。
【００１２】
用語「シンガス」又は「合成ガス」は、各種量の一酸化炭素及び水素を含有するガス混合物に与えられる名称である合成ガスを意味する。製造方法の例としては、水素を生成するための天然ガス又は炭化水素の水蒸気改質、石炭及びいくつかのタイプの廃棄物発電ガス化施設におけるガス化が挙げられる。この名称は合成天然ガス(SNG)生成の際及びアンモニア又はメタノールの製造のための中間体としてのそれらの使用に由来する。シンガスは、フィッシャー・トロプシュ合成及び以前はMobilのメタノール-ガソリン(methanol to gasoline)法によって燃料又は潤滑油として用いる合成石油を製造する際の中間体としての使用を含む。シンガスは、主に水素、一酸化炭素、及びいくらかの二酸化炭素から成り、天然ガスの半分未満のエネルギー密度(すなわち、BTU含量)を有する。シンガスは可燃性であり、他の化学薬品の製造用燃料源として又は中間体として用いられることが多い。
【００１３】
「トン(“Ton”又は“ton”)」は米国ショートトン、すなわち約907.2kg(2000lbs)を表す。
本明細書では、用語「タール」としては、限定するものではないが、気体タール、液体タール、固体タール、タール生成物質、又はその混合物が挙げられ、一般的に炭化水素及びその誘導体を含む。タールを測定するために利用し得る多数の周知のタール測定方法が存在する。1つの大ファミリーの手法としては、検出器と一体となった液相又は気相クロマトグラフィーに基づいた分析方法がある。タールの測定の場合の最も頻度の高い検出器は、炎イオン化検出器(FID)及び質量分析計である。別のファミリーの手法としては、スペクトルの検出及び分析を含む分光法がある。これは例えば赤外、紫外(UV)又はルミネセンス分光法、及びLIBS(レーザー誘起破壊分光(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy))法である。燃焼ガスのモニタリングの別の手法はFTIR(フーリエ変換赤外)分光法である。例えばWO2006015660、WO03060480及び米国特許第5,984,998号等の多岐にわたる文書がこの手法に言及している。
タールの連続的なモニタリングを可能にする他の既知の電子的方法が存在する。これらの手法には、電気化学セルを備えた検出器及び半導体を備えたセンサーが含まれる。タール測定のために種々の重量分析法を利用してもよい。一態様では、タールの量を炭素の等価ppmとして表すことができる。この態様では、炭化水素はベンゼン又はアルコール、例えばメタノールであってよい。この態様では、タール濃度等価量又はタール等価物はベンゼンの等価ppm(モル)に相当する。タール濃度は通常、ガス化装置の出口及びシンガスの実質的な冷却のいずれより上流で測定される。
【００１４】
詳細な説明
下記説明は限定的意味で解釈すべきでなく、例示実施形態の一般原理を説明するという目的のためだけに構成されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定すべきである。
ガス化装置内で炭素質材料をガス化して一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)を含むシンガスを生成する工程及び前記シンガスをシンガス冷却器又は廃熱ボイラー内で冷却し、冷却シンガスを必要に応じてさらに化学薬品で処理して汚染物を除去してからさらに化学薬品含有シンガスを集塵システム、例えばバグハウス内で処理する工程を含む、シンガスを生成するためのガス化方法を提供する。この方法は、供給速度を下げ、必要に応じて炭素質材料の単位質量当たり高い酸素投入量(例えば、化学量論量又は化学量論量に近いか又は化学量論量超えの酸素)で始動モードでガス化装置を操作して低CO含量、すなわち低CO/CO2モル比、例えば、約0.5未満のCO/CO2モル比を有する第1シンガスを生成する工程を含む。この方法は、優先的に一酸化炭素の生成を促進し、高いCO含量、すなわち高いCO/CO2比、例えば第1シンガスより高いCO/CO2モル比を有する第2シンガスを生成するために生成モードで、すなわち、炭素質材料の単位質量当たり低い酸素投入量(例えば、準化学量論量の酸素)でガス化装置を操作する工程を含む。一実施形態では、第2シンガスのCO/CO2モル比は約1.0より大きい。
本方法は、ガス化装置及びガス化装置下流の設備が十分に温まるまで始動モードでガス化装置を操作する工程を含む。従って、本方法は、ガス化装置の内側及び下流の1つ以上の点(位置)の温度を測定する工程を含む。一態様では、本方法は、ガス化装置の内側及び下流の1つ以上の点(位置)でシンガス(例えば第1シンガス)の温度を測定する工程を含む。本方法によれば、ガス化装置の操作は、ガス化装置の内側及び下流の1つ以上の点(位置)が目標温度に到達した後、始動モードから生成モードに移行する。一態様では、ガス化装置の操作は、シンガス冷却器に入る前のシンガス(第1シンガス)の温度が第1目標温度に到達した後、始動モードから生成モードに移行する。一態様では、ガス化装置の操作は、集塵システム(例えばバグハウス)の出口のシンガス(第1シンガス)の温度が第2目標温度に到達した後、始動モードから生成モードに移行する。
第1シンガスの温度が第1目標温度に到達するまで、この始動モードの操作中に生成された第1シンガスの全て又は一部をシンガス冷却器に通して冷却第1シンガスを生成することができる。或いは、この始動モードの操作中に生成された第1シンガスの全て又は一部を、加工及び処分のための熱酸化ユニットに送ることができる。一実施形態では、前記シンガス冷却器の入口の第1シンガスの温度が第1目標温度に到達するまで第1シンガスの全て又は一部を熱酸化ユニットに送る。一態様では、始動モードでのガス化装置の操作中に第1シンガスの全て又は一部を熱酸化ユニットに送る。
【００１５】
一態様では、ガス化装置の操作は、シンガス冷却器の入口の第1シンガスの温度が第1目標温度に到達した後に生成モードに移行する。一態様では、ガス化装置の操作は、集塵システム(例えばバグハウス)の出口の第1シンガスの温度が第2目標温度に到達した後に生成モードに移行する。高いCO含量又は高いCO/CO2比、例えば第1シンガスより高いCO/CO2モル比を有する第2シンガスを生成するためには、炭素質材料及び分子酸素のガス化装置への添加を続けるが、前記ガス化装置内における炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加を低減する。例えば、一実施形態では、第2シンガスのCO/CO2モル比は約1.0より大きい。この生成モードの操作中に生成された第1シンガスの全て又は一部をシンガス冷却器に通して冷却第2シンガスを生成することができる。任意に、この生成モードの操作中に生成された第2シンガスの全て又は一部を、加工及び処分のための熱酸化ユニットに送ることができる。
第1シンガスにはほとんど又は全くCOがなく、大部分がCO2であるのが望ましい。一態様では、本方法は前記第1シンガスのCO/CO2モル比を約0.5未満にするのに有効である。一態様では、前記第1シンガスのCO/CO2モル比は約0.25未満である。別の態様では、前記第1シンガスのCO/CO2モル比は約0.1未満である。第2シンガスではCOがより多く、CO2がより少ないことが望ましい。一態様では、本方法は前記第2シンガスのCO/CO2モル比を約1.0より大きくするのに有効である。一態様では、前記第2シンガスのCO/CO2モル比は約1.5より大きい。
生成モードで操作中に一酸化炭素の生成を促進するため準化学量論量の酸素をガス化装置に供給する。従って、一態様では、生成モードで操作中、炭素質材料フィードに含まれる全ての炭素を完全に二酸化炭素に酸化するために必要な分子酸素の総量に対する分子酸素投入量の比は、0.1〜0.9、一態様では0.1〜0.8、別の態様では0.1〜0.7、別の態様では0.1〜0.45の範囲内である。一態様では、始動モードで操作中、炭素質材料フィードに含まれる全ての炭素を完全に二酸化炭素に酸化するために必要な分子酸素の総量に対する分子酸素投入量の比は0.5〜2.0の範囲内である。一態様では、始動モードで操作中、炭素質材料フィードに含まれる全ての炭素を完全に二酸化炭素に酸化するために必要な分子酸素の総量に対する分子酸素投入量の比は0.75〜1.5の範囲内である。一態様では、始動モードで操作中、炭素質材料フィードに含まれる全ての炭素を完全に二酸化炭素に酸化するために必要な分子酸素の総量に対する分子酸素投入量の比は0.9〜1.1の範囲内である。
【００１６】
ガス化装置の内側及び下流の汚れの発生又は沈着物形成を回避又は軽減できるように目標温度を選択する。第1目標温度は約700℃〜約1000℃であり得る。一態様では、第1目標温度は約750℃〜約850℃であり得る。集塵システムの出口における第2目標温度は約100℃〜約200℃であり得る。一態様では、第2目標温度は約100℃〜約150℃であり得る。
炭素質材料の添加比率を高めることによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加比率の低減を達成することができる。例えば一態様では、始動モードの操作では、炭素質材料フィードの添加比率を生成モードの操作の当該比率よりかなり低く保ちながら、各モードの操作において分子酸素の添加比率を同レベルで維持する。分子酸素の添加比率を低減することによって、炭素質材料の単位質量当たりの分子酸素の添加比率を下げることができる。例えば一態様では、炭素質材料フィードの添加比率を始動モードの操作と生成モードの操作で同一に保つが、分子酸素の添加比率を低減する。一態様では、操作モードを始動モードから生成モードに変えるときに分子酸素の添加比率を低減しながら炭素質材料の添加比率を高める。
【００１７】
シンガス冷却器を通って流れるガスの十分高い線速度を確保するというさらなる措置を取ることによって汚れの発生又は沈着物形成を回避又は低減することができる。シンガス冷却器の入口で測定した線速度は約15メートル/秒より大きく、別の態様では、約20メートル/秒より大きく、別の態様では、約24メートル/秒が望ましい。別の態様では、シンガス冷却器の入口で測定した線速度は約15〜約30メートル/秒、別の態様では、約22〜約26メートル/秒である。ガスの体積流量を増やし、及び／又は流れの断面積を減らすことによって線速度増大を達成することができる。シンガス冷却器を出るガスの全て又は一部をシンガス冷却器入口に戻して再循環させることによって体積流量を増やすことができる。例えば一態様では、冷却第1シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器を通過する前の第1シンガスの少なくとも一部と混合することによって線速度増大を達成する。別の態様では、冷却第2シンガスの少なくとも一部を前記シンガス冷却器を通過する前の第2シンガスの少なくとも一部と混合することによって線速度増大を達成する。ガスの不活性含量を増やすことによって体積流量増加を得ることもできる。再循環された冷却シンガスの使用は、始動、シャットダウン及び原料移行中を含め、何がしかの理由でシンガス生成が低減したときに最適の交換器速度を維持できるようにする。従って一態様では、特に始動モードの操作中に分子酸素源として空気を使用することによって線速度増大を達成する。
【００１８】
ガス化装置は、従来技術に記載されているいずれのガス化設備であってもよく、例えば、限定するものではないが、移動床、固定床、流動床、同伴流(entrained flow)、向流(「上向き通風」(up draft))、並流(「下向き通風」(down draft))、向流固定床、並流固定床、向流移動床、並流移動床直交通風(cross draft)、ハイブリッド、直交流、直交流移動床、又はその一部、及びその組合せから成る群より選択される、ハイブリッド、直流、直流移動床、又はその一部であってよい。一態様では、ガス化装置は直交流移動床ユニットを含む。
一態様では、ガス化装置は、炭素質材料を比較的低い温度(例えば灰の溶融温度未満)で酸素含有ガスと接触させて生シンガスを生成するガス化ゾーンと、生シンガスがより高い温度にて追加量の酸素の存在下で熱処理又は調整を受けて高温シンガスを生成する熱処理ゾーンとを含む。一態様では、例えば始動中、圧力は大気圧又は大気圧より高い。別の態様では、例えば始動モード中、空気漏れを許容し得る。
一態様では、ガス化装置又はガス化ゾーンは、前記炭素質材料を第1分子酸素含有ガス並びに必要に応じて蒸気及びCO2の1種以上と接触させて前記炭素質材料の一部をガス化し、第1ガス生成物を生成するための複数のセクション又はガス化炉床を含む。種々の態様では、ガス化装置又はガス化ゾーンは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10個のセクション又はガス化炉床を含む。ガス化装置又はガス化ゾーン或いはその中に含まれる1つ以上の炉床に、分子酸素導入用のガス入口を取り付けることができる。これらのガス入口の1つ以上を介して蒸気又はCO2を導入してもよい。一態様では、ガス化装置又はガス化ゾーン或いはその中に含まれる1つ以上の炉床に取り付けられたガス入口に供給する前に分子酸素、蒸気及びCO2の1種以上を前混合する。
【００１９】
熱処理ゾーンは、生シンガスに含まれるいずれのタールの分解及び部分酸化の1つ以上をも達成し得る。熱処理ゾーンは、円形又は正方形又は矩形又はいずれの他の断面でもよい水平又は垂直チャンバーであってよい。熱処理ゾーンを水平又は垂直方向に対して傾けることができる。一態様では、熱処理ゾーンを1つ以上の接続ゾーンを介してガス化ゾーンに接続する。ガス入口を熱処理ゾーンに直接取り付けることができる。1つ以上の接続ゾーン(のど部)に1つ以上のガス入口を取り付けることができる。熱処理ゾーンの中に直接分子酸素含有ガスを導入することができる。1つ以上の接続ゾーンに取り付けた1つ以上のガス入口を介して熱処理ゾーンの中に分子酸素含有ガスを導入することができる。
【００２０】
前記炭素質材料フィード中の分子酸素含有ガスの不均等分布のため前記ガス化装置又はガス化ゾーン或いはその中に含まれる1つ以上の炉床内に望ましくないホットスポットが生じることがある。これは低品質のシンガスを生成し得る。前記ガス化装置の1つ以上の中に蒸気及び二酸化炭素の1種以上を注入することによってホットスポットの形成を低減又は防止することができる。従って、望ましくないホットスポットを防止するため、炭素質材料フィードをガス化装置内で分子酸素とともに蒸気で処理し得る。炭素質材料フィードをガス化装置内で分子酸素とともにCO2で処理し得る。しかしながら、目的がプロセスの急速な加熱であり得る始動モードの操作中は蒸気又はCO2の同時供給は有利でないかもしれない。生成モードの操作中は蒸気又はCO2の同時供給は有利かつ重要であり得る。
【００２１】
分子酸素源は空気、酸素富化空気又は純粋酸素の1種以上であってよい。生成モードで操作中のガス化装置に導入される分子酸素の総量は、無水ベースで炭素質材料1トン(907.2kg)当たり約0〜約75lb(約34.02kg)-モル、別の態様では無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約50lb(約22.68kg)-モル、別の態様では無水ベースで炭素質材料1トン当たり約40(約18.14)〜約60lb(約27.22kg)-モルであり得る。始動モードで操作中のガス化装置に導入される分子酸素の総量は、無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約125lb(約56.7kg)-モル、別の態様では無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約100lb(約45.36kg)-モル、別の態様では無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約50lb(約22.68kg)-モルであり得る。ガス化装置に導入される蒸気の総量は、無水ベースで炭素質材料1トン当たり約0〜約50lb(約22.68kg)-モルであり得る。一態様では、蒸気と二酸化炭素ガスの両方をガス化装置に導入する。
【００２２】
ガス化装置に供給される炭素質材料としては、炭素質材料、炭素質液体製品、炭素質産業液体再生品、炭素質一般固形廃棄物(msw)、炭素質都市廃棄物、炭素質農業材料、炭素質林業材料、炭素質木材廃棄物、炭素質建築材料、炭素質植物材料、炭素質産業廃棄物、炭素質発酵廃棄物、炭素質石油化学副産物、炭素質アルコール製造副産物、炭素質石炭、タイヤ、プラスチック、廃棄プラスチック、コークス炉タール、軟質繊維、リグニン、黒液、ポリマー、廃棄ポリマー、ポリエチレンテレフタラート(PETA)、ポリスチレン(PS)、下水汚泥、動物廃棄物、作物残渣、エネルギー作物、森林加工残渣、木材加工残渣、畜産廃棄物、家禽廃棄物、食品加工残渣、発酵過程廃棄物、エタノール副産物、ビール粕、廃微生物、又はそれらの組合せが挙げられる。本開示の一実施形態ではガス化装置に供給される炭素質材料は、炭素質材料、炭素質液体製品、炭素質産業液体再生品、炭素質一般固形廃棄物(msw)、炭素質都市廃棄物、炭素質農業材料、炭素質林業材料、炭素質木材廃棄物、炭素質建築材料、炭素質植物材料、炭素質産業廃棄物、炭素質発酵廃棄物、炭素質石油化学副産物、炭素質アルコール製造副産物、炭素質石炭、タイヤ、プラスチック、廃棄プラスチック、コークス炉タール、軟質繊維、リグニン、黒液、ポリマー、廃棄ポリマー、ポリエチレンテレフタラート(PETA)、ポリスチレン(PS)、下水汚泥、動物廃棄物、作物残渣、エネルギー作物、森林加工残渣、木材加工残渣、畜産廃棄物、家禽廃棄物、食品加工残渣、発酵過程廃棄物、エタノール副産物、ビール粕、廃微生物、又はそれらの組合せから選択される複数の炭素質材料を含む。
【００２３】
一態様では、前記炭素質材料は水を含む。一態様では、前記炭素質材料は約50wt%未満の水を含む。一態様では、前記炭素質材料は約25wt%未満の水を含む。一態様では、前記炭素質材料は約15wt%未満の水を含む。一態様では、前乾燥によって前記炭素質材料の含水量を減らす。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約25wt%より多い炭素を含む。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約50wt%より多い炭素を含む。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約0〜約50wt%の酸素を含む。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約0〜25wt%の水素を含む。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約25wt%未満の灰分を含む。一態様では前記炭素質材料は無水ベースで約15wt%未満の灰分を含む。
上述したように、ガス化装置で生成されたシンガスをシンガス冷却器内で冷却して、下流使用、例えば酢酸、エタノール等の化学薬品を生成するための発酵用の冷却シンガスを生成することができる。シンガス冷却器は技術上周知の熱交換設備又は熱交換器であってよい。例えばシンガス冷却器は下記：シェル＆チューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレート＆フレーム熱交換器、多管式熱交換器、二重管熱交換器、ヘアピン熱交換器、単流熱交換器、多流熱交換器、プレートフィン熱変換器、スパイラル熱交換器、及びその組合せからの選択肢であり得る。
冷却シンガスは、下流使用の前に除去すべきである汚染物を含有し得る。冷却シンガスを化学薬品で処理することによって汚染物の除去を達成することができる。従って、冷却シンガスに1種以上の化学薬品を添加して化学薬品含有冷却シンガスを生成し得る。この化学薬品含有冷却シンガスを集塵システム(例えばバグハウス)内で処理して化学薬品残留物を除去して清浄な冷却シンガスを生成し得る。清浄な冷却シンガスを下流処理過程又は熱酸化ユニットに送ってよい。下流使用前に必要に応じて清浄な冷却シンガスを急冷塔内でさらに冷却することができる。
集塵システムは、ガスから固体粒子(微細粒子、粉塵)を捕獲、分離又は濾過するのに有効である。集塵システムは送風機、粉塵フィルター、フィルター洗浄システム、及び粉塵レセプタクル又は粉塵除去システムの1つ以上を含み得る。集塵システムは、慣性力選別型集塵器、布製フィルター型集塵器(バグハウス)、湿式スクラバー、静電式集塵装置、又はユニット集塵器であってよい。一態様では、集塵システムはバグハウスである。
【００２４】
ガス化ゾーンと熱処理ゾーンを含むガス化装置では、始動中に熱処理ゾーンが低温になることがあり、汚れ又は沈着物形成しやすくなるか或いは下流配管又はシンガス冷却器内の汚れ又は沈着物形成に寄与し得る。そこで、多くの場合熱処理ゾーンが十分に温まるまで始動モードでガス化装置を操作するのが好ましい。例えば一態様では、熱処理ゾーンが約900℃の温度に到達するまで始動モードでガス化装置を操作する。熱処理ゾーンが少なくとも約900℃の温度に到達するまでは生成モードの操作を開始しない。必要に応じて、熱処理ゾーンが少なくとも約900℃の温度に到達するまで、生成された第1シンガスの全て又は一部を熱酸化ユニットに送る。一実施形態では、熱処理ゾーンが約1000℃の温度に到達するまでガス化装置を始動モードで操作する。熱処理ゾーンが少なくとも約1000℃の温度に到達するまでは生成モードの操作を開始しない。必要に応じて、熱処理ゾーンが少なくとも約1000℃の温度に到達するまで、生成された第1シンガスの全て又は一部を熱酸化ユニットに送る。
一態様では、シンガス冷却器の入口温度を冷却し、及び／又はシンガス冷却器を出るガスの線速度を高めるため、シンガス冷却器を出るシンガスの少なくとも一部をガス化装置に戻して再循環させる。一態様では、接続ゾーンによって接続されたガス化ゾーンがガス化ゾーンと熱処理ゾーンとを含む場合にシンガス冷却器に入るガスのみならず接続ゾーンを通るガスの線速度を高めるため、シンガス冷却器を出るシンガスの少なくとも一部をガス化装置の接続ゾーンに戻して再循環させる。
【００２５】
図1〜4は、本方法の種々の態様を示す。図1は、ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含む方法の一態様の概略図である。ここで図1を参照すると、炭素質材料フィード(100)がガス化装置(200)に導入される。炭素質材料の化学変換を開始かつ促進するため、分子酸素含有ガス(150)がガス化装置に供給され、ひいては炭素質材料フィードが分子酸素で処理される。ガス化装置内で炭素質材料フィードの少なくとも一部がガス化されてガス生成物又はシンガス(250)を生成する。炭素質材料のガス化から生成される一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)の相対量を制御するため、ガス化装置への酸素の供給を制御することができる。高温シンガスは引き続きシンガス冷却器(300)内で冷却されて冷却シンガス(350)を生成する。灰分の蒸気(220)はガス化装置から除去される。
【００２６】
図2は、ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合する方法の一態様の概略図である。ここで図2を参照すると、炭素質材料フィード(100)がガス化装置(200)に導入される。炭素質材料の化学変換を開始かつ促進するため、分子酸素含有ガス(150)がガス化装置に供給され、ひいては炭素質材料フィードが分子酸素で処理される。炭素質材料フィードの少なくとも一部がガス化装置内でガス化されてガス生成物又はシンガス(250)を生成する。炭素質材料のガス化から生成される一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)の相対量を制御するためガス化装置への酸素の供給を制御することができる。高温シンガスは引き続きシンガス冷却器(300)内で冷却されて冷却シンガス(350)を生成する。前記冷却シンガスの少なくとも一部(450)は再循環され、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合される。冷却シンガスの再循環を促進するため圧縮機(400)が用いられる。灰分の蒸気(220)はガス化装置から除去される。
【００２７】
図3は、ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合し；かつガス化装置が2つの反応ゾーン、例えば、接続ゾーンを介して接続されたガス化ゾーンと熱処理ゾーンを含む方法の一態様の概略図である。ここで図3を参照すると、炭素質材料フィード(100)が前記ガス化装置のガス化ゾーン(201)に導入される。炭素質材料の化学変換を開始かつ促進するため、分子酸素含有ガス(150)が前記ガス化装置のガス化ゾーンに供給され、ひいては炭素質材料フィードが分子酸素で処理される。炭素質材料フィードの少なくとも一部がガス化ゾーン内でガス化されて生ガス生成物(生シンガス)を生成する。生シンガスは接続ゾーン(203)を通過する。接続ゾーンに分子酸素(202)が導入されて前記生シンガスと混合される。生シンガスと分子酸素を含む混合物が熱処理ゾーン(204)に入る。熱処理ゾーンに分子酸素を導入することもできる。生シンガスは熱処理ゾーン内で熱処理を受けて高温シンガス(250)を生成する。炭素質材料のガス化から生成される一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)の相対量を制御するため、ガス化装置(ガス化ゾーン、接続ゾーン及び熱処理ゾーンの1つ以上)への酸素の供給を制御することができる。高温シンガスは引き続きシンガス冷却器(300)内で冷却されて冷却シンガス(350)を生成する。前記冷却シンガスの少なくとも一部(450)は再循環され、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合される。冷却シンガスの再循環を促進するため圧縮機(400)が用いられる。灰分の蒸気(220)はガス化装置から除去される。
【００２８】
図4は、ガス化装置内で分子酸素で処理して高温シンガスを生成することによる炭素質材料のガス化及び引き続く前記高温シンガスをシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成する工程を含み；前記冷却シンガスの少なくとも一部を再循環させ、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合し；高温シンガス及び冷却シンガスの1種以上の少なくとも一部を熱酸化ユニットへ送ることができ；かつ前記冷却シンガスの少なくとも一部をバグハウス内で処理加工できる方法の一態様の概略図である。ここで図4を参照すると、炭素質材料フィード(100)がガス化装置(200)に導入される。炭素質材料の化学変換を開始かつ促進するため、分子酸素含有ガス(150)がガス化装置に供給され、ひいては炭素質材料フィードが分子酸素で処理される。炭素質材料フィードの少なくとも一部がガス化装置内でガス化されてガス生成物又はシンガス(250)を生成する。炭素質材料のガス化から生成される一酸化炭素(CO)と二酸化炭素(CO2)の相対量を制御するため、ガス化装置への酸素の供給を制御することができる。高温シンガスは引き続きシンガス冷却器(300)内で冷却されて冷却シンガス(350)を生成する。前記冷却シンガスの少なくとも一部(450)が再循環され、シンガス冷却器に入る前の前記高温シンガスと混合される。冷却シンガスの再循環を促進するため圧縮機(400)が用いられる。加工及び処分(750)のための熱酸化ユニット(700)に高温シンガスの少なくとも一部を送ることができる。冷却シンガスの少なくとも一部を熱酸化ユニットに送ることができる。冷却シンガスは、下流使用前に除去すべきである汚染物を含むことがある。化学薬品を添加することによって汚染物の除去を達成することができる。従って1種以上の化学薬品(500)を冷却シンガスに添加して化学薬品含有冷却シンガス(550)を生成することができる。この化学薬品含有冷却シンガスはバグハウス(600)内で加工処理されて化学薬品残留物(汚染物を含む化学薬品)を除去し、清浄な冷却シンガス(650)を生成し、これは下流の加工又は熱酸化ユニットに送られる。清浄な冷却シンガスを必要に応じて下流使用前に急冷塔内でさらに冷却することができる(図示せず)。灰分の蒸気(220)はガス化装置から除去される。
【実施例】
【００２９】
実施例1：生成モードのガス化で生成されたシンガスの固体荷重
生成モードで用いる供給比率の約半分の供給比率で炭素質材料をガス化装置に供給することによってガス化装置を始動モードで操作した。無水ベースで炭素質材料1トン当たり約40(約18.14)〜50lb(約22.68kg)-モルの供給比率で酸素をガス化装置に供給した。前述したように、酸素の利用能を高める、ガス化装置へのいくらかの空気漏れを許容した。
上述したように始動モード下でガス化装置を始動して約700℃〜約1000℃の範囲の第1目標温度を得たら、ガス化装置への炭素質材料の供給比率を高めた。無水炭素質材料1トン当たり約50(約22.68)〜約90lb(約40.82kg)-モルの比率でガス化装置に分子酸素含有ガスを供給した。無水炭素質材料1トン当たり約10(約4.54)〜約15lb(約6.8kg)-モルの比率でガス化装置に二酸化炭素の蒸気をも供給した。
この操作中に生成された高温ガスを引き続きシンガス冷却器内で冷却して冷却シンガスを生成した。冷却シンガスをバグハウス内で処理加工して固体残渣を除去し、清浄な冷却シンガスを生成した。この清浄な冷却シンガスは約25〜約35モル%の範囲のCOと、約30〜約40モル%の範囲のCO2と、約10〜約20モル%の範囲のH2と、約15〜約25モル%の範囲のN2と、少量のCH4とを含んでいた。バグハウスは、生成された清浄冷却シンガス1時間毎に1000lb(約453.6kg)当たり1時間毎に約1.5(約0.68)〜約3.5lb(約1.59kg)の固体を除去した。
【００３０】
バグハウスからの残渣の分析
始動モード：シンガス中の低レベルの固体残渣；次に生成モードの操作が続き得る。
生成モード：シンガス中の操作可能レベルの固体残渣(始動モードより固体が3倍増加)
本明細書で開示される発明を特定の実施形態、実施例及びその応用を利用して記載したが、当業者はそれに加えて、特許請求の範囲に明記される本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更形態及び変形形態を構成できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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