(57)【要約】本発明は、加圧水素リッチ原料ガス及び高温炭化物を産出するべく石炭の一部を燃焼させるように酸素注入（４０）しながら石炭をリアクタ（１０）に供給することによって石炭からクリーンなエネルギーを生成する方法を提供する。水素リッチガスはクラッキング室（２１）でクラッキングされ、留出物と炭化水素の除去、脱硫を経て、合成ガスが生成される。高温炭化物は、空気ブローされるガス化装置１１でガス化され、燃料ガス及び溶融スラグを生成する。燃料ガス及び溶融スラグは、共通ポート（２３）からガス化装置外へ排出され、分離器（２４）で分離される。分離後に燃料ガスは脱硫され、燃焼時のNOx排出量が非常に少ないガスが生成される。
2004534903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭からクリーンなエネルギーを生成する方法であって、
供給端部と排出端部とを有する気密性のチャンバに石炭を供給する過程と、
前記チャンバ内で前記排出端部に向けて前記石炭を移動させる過程と、
（ｉ）前記石炭から揮発分を除去するために高レベルの熱エネルギーを放出させ、かつ（ｉｉ）高温炭化物と共に、石炭由来の発癌性の留出物及び炭化水素を含む加圧水素リッチ原料ガスを生成するべく、加圧還元性雰囲気を保持しながら前記石炭の一部を燃焼させるように実質的に純粋な酸素を噴射する過程と、
前記水素リッチ原料ガスに含まれる前記石炭由来の発癌性の留出物及び炭化水素をクラッキングして、脱硫後にクリーンな水素リッチ合成ガスになるような水素リッチな分解ガスを製造する過程と、
前記高温炭化物を気密性のガス化装置に送る過程と、
前記ガス化装置内で前記高温炭化物を空気でガス化し、原料燃料ガス及び溶融スラグを生成する過程と、
前記ガス化装置の共通ポートから前記原料燃料ガス及び前記溶融スラグを流出させ、前記ポートを開放したままにすることにより前記原料燃料ガス及び前記溶融スラグをフリーフロー状態にする過程と、
前記共通ポートから流出した前記溶融スラグから前記原料燃料ガスを分離する過程と、
前記原料燃料ガスをクリーンアップシステムに送って浄化し、それによって低NOx燃焼に適したクリーンな燃料ガスを生成する過程と、
前記溶融スラグを急冷して非浸出性の固体に変換する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記クリーンな水素リッチ合成ガスを合成し、液体燃料または化学物質にする過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記クリーンな燃料ガスを電力発生のために利用する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガス化装置内で前記高温炭化物を空気でガス化して原料燃料ガスを生成する過程が、加熱用または運輸用の液体燃料に合成され得るクリーンな合成ガスが浄化後に得られるように燃料ガスに代えて前記炭化物から水素リッチ原料ガスを生成するべく、前記空気を実質的に純粋な酸素及び蒸気に代替する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記石炭の一部を燃焼させるように実質的に純粋な酸素を噴射する過程が、加熱または発電に利用し得るようなクリーンな燃料ガスが浄化後に得られるような原料燃料ガスを製造するべく、前記純粋な酸素を空気に代替する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
予熱空気を使用する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
酸素リッチな空気を使用する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ガス化装置内で前記高温炭化物を空気でガス化する過程が、ダウンドラフトモードで空気を噴射する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数の貫入部から前記ガス化装置へ空気を噴射する過程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記供給端部でのガス流には実質的に影響されないように前記石炭を高密度にする程度まで前記供給端部で前記チャンバの壁に対して前記石炭を圧縮し、前記石炭の加熱中に生成される加圧原料ガスを前記チャンバの前記排出端部から流出させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス化装置の共通ポートから前記原料燃料ガス及び前記溶融スラグを流出させる過程が、前記ポートにおける前記溶融スラグの固化を防止するために追加の熱エネルギーを供給する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記追加の熱エネルギーを発生させるべく、前記原料燃料ガスの一部を燃焼させるための酸化剤噴射手段を設ける過程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記追加の熱エネルギーが、電気的誘導手段から得られることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガス化装置の共通ポートから前記原料燃料ガス及び前記溶融スラグを流出させる過程が、溶融バスとして供されるレシーバに前記溶融スラグを捕集する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶融バスで前記原料燃料ガスを気泡化させることによって前記原料燃料ガスと前記溶融スラグとを分離するべく、前記レシーバ内の前記溶融スラグの液面下に没入するように前記溶融スラグと前記原料燃料ガスを共に前記レシーバに送り、前記レシーバで前記溶融スラグを利用して前記燃料ガスを実質的に洗浄する過程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記洗浄された燃料ガスを排出するべく前記バス上にガス出口ポートを設ける過程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶融スラグを前記レシーバから流出させるための溢流路を設ける過程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶融スラグを冷却して非浸出性の固体にするべく前記溢流路の下流側に水急冷チャンバを設ける過程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が加圧下で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記石炭の一部を燃焼させるように実質的に純粋な酸素を噴射する過程が、前記チャンバの前記排出端部の下流側に配置された小室から酸素を噴射する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
何れも発癌性であるような石炭とクラックコール留出物と炭化水素の揮発分除去を促進するべく、前記チャンバの前記排出端部において前記石炭に向けて強い熱エネルギーを反射するような、前記小室に配置された高温輻射ゾーンを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記チャンバの壁に配置された送気管に高温ガスを通過させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記チャンバ内で前記排出端部に向けて前記石炭を移動させる過程が、前記石炭を効率的に輻射熱に曝すべく前記チャンバの前記排出端部で連続的に前記石炭の新たな面が曝されるように前記石炭を休止させながら徐々に動かす過程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記水素リッチガスが前記燃料ガスに汚染されることを実質的に防止するべく、前記石炭の一部を燃焼させるように酸素を噴射する過程と前記高温炭化物を空気でガス化する過程との間で圧力を平衡させる過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記レシーバを加熱する過程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記レシーバの加熱が、電気的誘導手段によって行われることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
還元性雰囲気を保持しながらより効率的に石炭を燃焼させるべく、複数の位置で前記石炭の一部を燃焼させるように実質的に純粋な酸素を噴射する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記水素リッチな分解ガスの温度を上昇させるべく脱硫前に酸化剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
燃料ガスの温度を上昇させるべく脱硫前に酸化剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記脱硫を再生式のクリーンアップシステムにおいて行うことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記脱硫を再生式のクリーンアップシステムにおいて行うことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記チャンバ内での前記石炭の動きを促進するべく、前記反応チャンバに前記排出端部に向かって広がるようなテーパを付ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記リアクタの前記チャンバに設けられた送気管にガスを通過させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記石炭にバイオマスを加えて両者を同時に処理する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記石炭に廃棄物を加えて両者を同時に処理する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記高温炭化物をガス化する過程が、前記石炭からコークスまたは炭化物への変換の制限を未然に防ぐことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記コークスまたは炭化物が活性炭に変換されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記プロセスにおける前記ガスの種々の流れを制御するべく、酸素を噴射する過程と前記高温炭化物をガス化する過程と前記高温炭化物をガス化して前記溶融スラグを急冷する過程との間で圧力を平衡させる過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、クリーンな液体燃料を同時生成（co-producing）しながら既存の発電所をリパワリングする方法を開示した同一出願人の米国特許第5,063,732号（以下、「参照特許」と呼ぶ。）を更に発展させたものである。参照特許の開示によれば、石炭は先ず熱分解されて、浄化された後に合成されて液体になるようなリッチガスと、ガス化されて低Btuガスになる炭化物とを生産する。低Btuガスもまた浄化された後に発電に用いられる。本願発明が参照特許に比べて優れている点は、以下の通りである。
【０００２】
プロセスチューブ（リアクタ）の数を大幅に削減したことにより、設備投資が減少し、経済的に実行可能になった。
【０００３】
回転手段を有する複雑なチャージングシステムを排除したことにより、維持管理が容易になった。
【０００４】
チャージの加熱を向上させ、効率を良くした。
【０００５】
望ましくない石炭の発癌性成分のクラッキングを生じさせるべくプロセスリアクタ内で生成されるガスが固有の方向に流れるように保証した。
【０００６】
炭化物ガス化装置をダウンドラフト方向にブローして、低Btuガス中の粒子状物質の過剰なエントレインメントを克服した。
【０００７】
ガス化装置のスラッギングポートの目詰まりを防止して、ガス化装置からスラグが自由に流れるようにした。
【０００８】
スラグ急冷の冷却効果を緩和して、急冷前に溶融スラグが早くに固化することを防止している。
【背景技術】
【０００９】
自然界にある３大化石燃料資源、即ち石油、天然ガス、石炭のうち、９０％は石炭であるが、環境基準に適合するような方法で石炭を使用することは不可能である。本発明では、環境的に閉じており、加圧下で作動し、石炭由来の発癌性物質がないので、クリーンかつ効率的かつ経済的な方法で石炭の利用を可能にする。石炭は本質的にエネルギー鉱石なので、他の鉱石と同様に不純物を含む。そのような不純物には、灰、硫黄、発癌性の留出物、石炭の揮発性物質と化学的に結合した炭化水素がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主目的は、ダーティな燃料と考えられている石炭の加工である。石炭からクリーンなエネルギーを生成し、この豊富で入手可能な天然資源を人類が利用できるようにする。
【００１１】
本発明の別の目的は、十分な大きさを有しかつ還元条件下で容易に加熱されるようなモジュールを設けることにより、加圧下の石炭加工において効率を向上させ設備投資を低減することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、石炭からクリーンなガスの形態で熱エネルギーを生み出すことである。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、既存の火力発電所に本発明を適用し、クリーンかつ効率的なものとし、寿命を延ばすことによって大部分の設備投資を節約することである。
【００１４】
それゆえ、本発明の更に別の目的は、合成を経て付加価値のある液体燃料に変換させることができ、石油の代わりに運輸及び加熱に利用できるような水素リッチガスを石炭から回収することである。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、燃焼時のNOx発生量が少ないクリーンな低Btuガス（リーンガス）を石炭から生成することである。低Btuガスは、大質量であるがゆえにガスタービンを流れる間に更に効率良く発電することが可能である。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、閉じた系において、石炭の揮発性物質からリッチガスを、残留炭化物からリーンガスを同時生成することである。前者は、水素含有量が高く液体及び化学物質に合成でき、後者は発電または加熱用の燃料として用い得る。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、コークスまたは活性炭として用い得るような炭素を石炭から生成することである。
【００１８】
本発明の上記した目的及びその他の目的は、特許請求の範囲及び本明細書の以下の記載から当業者には明らかになるであろう。本発明の一部をなす添付の図面も参照されたい。実施例については、説明のためのものであり、これに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１を参照すると、（ｉ）浄化及び合成され、メタノール、ディーゼルエンジン、ガソリン、化学物質等の液体燃料になるリッチガスと、（ｉｉ）浄化され、発電のための燃料或いは加熱用熱エネルギーを供給する燃料として使用されるリーンガスとを同時生成するような石炭処理を図示するプロセスフローダイアグラムである。符号１０は、石炭を加熱して原料リッチガス及び高温炭化物を生成するリアクタチャンバを示す。符号１１は、高温炭化物を原料リーンガスに変換するガス化装置を示す。符号１２は原料リッチガスのためのクリーンアップ、符号１３は原料リーンガスのためのクリーンアップを示す。符号１４は、バンカ１９から石炭を受容する石炭乾燥機を示し、その後にサージホッパ１５、ロックホッパ１６が続く。石炭のフロー制御のためのフィーダ１７は、ロックホッパ１６の下方に配置される。符号１８で示される石炭チャージャは、石炭をリアクタ１０に供給する。バーナ２０は、スタートアップに用いられるが、補助の熱源として用いてもよい。酸素及び蒸気が、リアクタ１０の排出端部に設けられた符号２１で示されるようなガスクラッキング室から噴射される。クラッキング室２１は、リアクタ１０の排出端部から排出される石炭及び炭化物に熱エネルギーを輻射するための輻射ゾーンを有する。
【００２０】
ガス化装置１１は、入口ポート２２及び出口ポート２３に取付けられる。入口ポート２２は、好適には予熱空気であるような酸化剤の噴射に供され、出口ポート２３は、原料リーンガス及び溶融スラグの排出に供される。ポート２３の下方に取付けられる分離器２４は、ガス化装置１１において生成される溶融スラグから原料リーンガスを分離するためと、スラグを急冷するための２つの目的に供される。ロックホッパ２５は、システム圧力の損失を伴わずに急冷されたスラグを除去するために用いられる。符号２６で示される第１サイクロンは、原料リーンガスからダストを除去するために設けられる。
【００２１】
浄化されたリッチガスを、石油の代替物質としてのメタノール、ガソリン、ディーゼル燃料等の化学物質または液体燃料を製造するための符号２８で示される合成プラントに供給する前に、リッチガスクリーンアップ１２の下流側に冷却器２７が設けられる。リーンガスクリーンアップ１３の下流側に符号２９で示される第２サイクロンがポリッシングベッドとして設けられ、サイクロン２９の下流側に空気予熱器３０及び冷却器３１が配置される。冷却器３１の先には符号３２で示される活性炭ベッド／加圧バッグハウスが配置される。浄化が完了した原料リーンガスは、符号３３で示されるような、発電所、加熱プラント、産業加熱炉施設等のステーションに、浄化されたリーンガスとして送られる。
【００２２】
図２を参照すると、符号１０は石炭処理用リアクタ、符号１１は炭化物をガスに、灰をスラグに変換するガス化装置である。リアクタ１０は、符号３４で示される供給端部と、符号３５で示される排出端部とを有する。排出端部３５の先に延在する符号２１で示されるガスクラッキング室が設けられ、そこにリアクタ１０をガス化装置１１に相互接続するのに供される符号３７で示される下降管が取付けられる。クラッキング室２１の一端は開放され、フランジ継手３８によってリアクタ１０の排出端部３５に接続される。クラッキング室２１の他端は閉じられ、ランス（lance）４０が貫入する輻射壁（符号３９で示される）として供される。ランス４０は、リアクタ１０の内部への移動及び外部への移動が可能であり、酸化剤（空気または酸素などであるが蒸気も可）を噴射するために供される。リッチガスを生成するときは、比較的純粋な酸素が噴射される。クラッキング室２１へのエネルギーを増加させるべく酸素と燃料の結合物を噴射するためにランス４０を取付けることもできる。ガスのH2含有量を増加させるために酸素に蒸気を加えることができるが、このようなことは液体燃料を生成するための合成ガスを製造する際に行われる。ランス４０などの複数のランスは、直径の大きなリアクタに用いることができ、その場合には符号４１で示されるマニホルドが酸素用の入口ポート４２と蒸気用の入口ポート４３とに設けられる。ランス４が壁３９に貫入するポイントの例を図３に示す。クラッキングされたリッチガスの排出のために、ガスパイプ４５に連通する符号４４で示される出口ポートがクラッキング室２１に設けられ、符号４６で示される圧力バルブがパイプ４５に配置され、クラッキング室２１の逆圧を制御する。パイプ４５の延長部分（図示されていないが方向を指示する矢印によって表される）は、図１に示されるリッチガスクリーンアップ１２に結合される。
【００２３】
下降管３７を介してクラッキング室２１に結合されるガス化装置１１は、圧力シェル４７、ライニング４８、頂部４９、底部５０で構成されるシャフト型容器である。高温炭化物を原料リーンガスに、炭化物中の灰を溶融ガラススラグに変換するための酸化剤を、好適には予熱空気の形態で、シェル４７及びライニング４８を介して中に入れられるように、入口ポート２２が設けられる。高温炭化物の炭素分が合成ガスに変換されるのであれば、比較的純粋な酸素及び蒸気を空気に置換することができる。符号５１で示される流れ制御手段は、ガス化装置１１への空気を制御するために設けられる。空気は、ガス化装置１１の異なるレベルで導入され得る。ガス化装置１１の底部５０は、好適には、孔貫ランス５２及び５３を取付けられた出口ポート２３に向かって勾配するように構成される。孔貫ランス５２及び５３は、酸素などのガスの使用に適合したものであり、ガス化装置１１からのガス及び溶融スラグのフリーフロー状態を保証するべく出口ポート２３の水平通路５４及び垂直通路５５を開放したままにし得る。
【００２４】
出口ポート２３の下に位置する分離器２４は圧力容器であり、符号５６で示される上側部分及び符号５７で示される下側部分の２つの部分に分けられる。上側部分５６は、排出スラグノズル５９及びガス出口ポート６０が設けられた解放ゾーン５８を含む。下側部分５７は、スラグ急冷プール６１及びサージホッパ６２を含み、スラグ急冷プール６１には水が供給される。サージホッパ６２と、底部にバルブ６４が取付けられたロックホッパ２５とが、アイソレーションバルブ６３で接続される。急冷されたスラグを水溜８５に排出する間、バルブ６３を閉、バルブ６４を開に保持することによって、システム圧力損失なしにプロセスから急冷されたスラグが除去される。
【００２５】
ガス出口ポート６０は、分離されたガスをサイクロン２６に送るヘッダ６５を介してサイクロン２６に連通する。サイクロン２６は底部においてサージホッパ６６に取付けられ、サージホッパ６６はロックホッパ６７に取付けられる。アイソレーションバルブ６８及び６９によって、ロックホッパ６７は、大気に開放された回収ボックス７０に粒子状物質をシステム圧力損失なしに排出することができる。サイクロン２６は、更なる処理のためにリーンガスを送る出口ガス主管７１を備える。圧力コントロールバルブ７２は、ガス化装置１１の逆圧制御に供される。ガス主管７１の延長部分（図示されていないが方向を指示する矢印によって表される）は、図１に示されるリーンガスクリーンアップ１３に結合される。
【００２６】
図４（詳細は図５）のリアクタ１０を参照すると、図２に示されたリアクタ１０に類似であるが、改変が加えられていることがわかる。図４のリアクタ１０は、符号７５で示される加熱要素へ高温煙道ガスを流すためのダクト７４を介して入口ポート７３に結合されたバーナ２０を有する。石炭は部分的に、煙道７６（図５に示す）を通って流れかつ出口ポート７７から排出される煙道ガスによって、間接的かつ円周的に伝導加熱される。符号７８で示される断熱材料は加熱要素７５と圧力シェル７９の間に配置され、リアクタ１０内の石炭質量（coal mass）は符号８０で示される。図２及び図４に示されたリアクタは共に、石炭チャージャ１８（図１に示す）によって駆動されるラム８１によって強制的に供給されるリアクタ１０内の石炭の動きを円滑にするために、供給端部３４から排出端部３５に広がるテーパを有する。
【００２７】
再び図４を参照すると、ガス化装置１１の下方に符号３６で示されるレシーバが設けられる。レシーバ３６は、図６に拡大して示されているが、シェル８６、ライニング８７及びポート８８、８９、９０を含む。レシーバ３６の下側部分には、符号９１で示されるるつぼが取付けられる。るつぼ９１は、誘導コイル９２等によって加熱されるのに適している。ガス及び溶融スラグをレシーバ３６に送るための符号９３で示されるスノーケルは、ポート８８からレシーバ３６へ下向きに延在する。スノーケル９３の下端は溶融スラグに没した状態であるので、気泡は溶融スラグを通過し、ポート８９を経由してレシーバ３６から流出することになる。ポート９０は、溶融スラグのレベルが符号１０２で示される溢流レベルに達したときに溶融スラグをレシーバ３６から流出させるために設けられる。これに関しては図６を見るとわかり易いので参照されたい。レシーバ３６の内容物を空にする必要があれば、レシーバ３６に底部排出口１０８が設けられる。レシーバ３６をガスクリーンアップ１３に接続するためのガス主管１０１が、ガス出口ポート８９の下流側に取付けられる。
【００２８】
ポート９０の下流側に、レシーバ３６を急冷容器５７に接続する下降管９４を備えたスラグ急冷容器５７が設けられる。酸化剤の噴射により下降管９４を開に保持するためにランス（lancing）手段９５及び９６も設けられ、これによって溶融スラグのフリーフロー状態が保証される。急冷容器５７は、３つのポート９７、９８、９９を有する。ポート９７は下降管９４からの溶融スラグの入口、ポート９８は符号６１で示される水槽に溶融スラグが落ちたときに生じる蒸気の出口、ポート９９は急冷されたスラグの排出口である。蒸気からの粒子状物質は、例えば図２に関連して上述したサイクロン２６などの公知の方法によって除去される。符号１００で示されるコントロールバルブは、サイクロン２６の出口に圧力均衡のために設けられる。コントロールバルブ１００は、蒸気の冷却効果によりスラグが早くに固化することを防止するべく、レシーバ３６の圧力を急冷容器５７の圧力より高く保つことによって、急冷から生じた蒸気がレシーバ３６に戻らないようにする。
【００２９】
運転
本発明の運転について説明するが、上述のように、石炭は本質的に、成分として炭素、灰、硫黄及び揮発性物質（ガス）を含むエネルギー鉱石である。石炭をクリーンな方法で使用できるようにするためには、灰、硫黄及び発癌性部分からなるガス中の不純物を除去し、有益な製品に変換しなければならない。灰をガラス化して非浸出性（nonleaching）にし、硫黄を元素の硫黄として除去し、ベンゼンを含む軽油やタール等の発癌性留出物をクラッキングにより破壊しなければならない。必要に応じて本発明が適用される種々の装置について説明する。運輸または加熱のための液体燃料に合成するための合成ガスと発電のための燃料ガスの同時生成に関連する装置については詳細に説明し、その他のことは差異を指摘しながら同時生成に関する参照特許を参照して説明する。
【００３０】
ここで、図１を参照すると同時生成に関連する装置が示されている。石炭は、バンカ１９からドライヤ１４、それからサージホッパ１５を経由してロックホッパ１６へ与えられる。石炭は、バイオマス及び／または廃棄物など石炭と共に処理される他の物質を有していてもよい。ロックホッパ１６が満杯になったら、ロックホッパ１６はロックされて、フィーダ１７がロックホッパ１６から供給端部３４まで石炭を制御する。石炭チャージャ１８はリアクタ１０に石炭を強制的に供給し、それによって、石炭を圧縮し、高密度にし、供給端部でガスの流れに本質的に不浸透であるようにして、石炭の一部が結合される間に生じる加圧原料ガスが、石炭のリアクタ１０内での動き及びリアクタ１０の排出端部へ向かう動きに並流するようにする。リアクタ１０の排出端部でスタートアップバーナ２０により石炭が点火され、プロセスは定常状態にあると仮定すると、石炭はリアクタ１０において前に進められ、一方で酸素（及び蒸気も可）がランス４０を介して好適にはクラッキング室２１から石炭に噴射され、２次化学量論的に（sub-stoichiometrically）運転することによって環境は還元条件下に維持されながら、石炭が脱揮発成分され、原料リッチガスが生成される。コールタール、油、炭化水素等をクラッキングして水素リッチな分解ガス（cracked gas）を生成するために、クラッキング室２１の温度はこれらの発癌性化合物のクラッキング温度以上に保持される。この水素リッチな分解ガスは、コンジット１０４を経由してガスクリーンアップ１２へ送られ、脱硫等の更なる処理を施され、２H2及び１COの理想的な合成ガスが産出される。低揮発性石炭の使用によりクラッキング室２１に十分な燃料が存在しない場合は、クラッキング温度に到達するように酸素に補助燃料を加えてもよい。クラッキング室２１は、高温炭化物からリッチガスを分離するために供されるが、石炭液化油及び炭化水素を含まない、主成分がH2及びCOでありH2が主要なガスであるような分解ガスを生成するために、ランス４０のポート１０３（図２に示す）から十分な酸化剤を噴射しかつ石炭からの揮発性物質を燃焼させることにより、クラッキング室２１において高温で石炭から発癌性液体及び炭化水素をクラッキングすることによって原料リッチガスを予熱するためにも用いられる。クラッキング室２１内では、輻射ゾーン１０７が、排出端部３５から排出される石炭に有効な熱エネルギーを伝達する。クラッキング室２１からの輻射によって石炭／炭化物の新たな表面が正面から加熱されるように、石炭／炭化物は連続的に脈動モードでチャンバ８０から押し出される。使用される石炭によっては、技術的に公知であるシフトコンバータを必要とせずにプロセスから２H2及び１COの分解ガスを得ることが可能である。石炭中に適切な揮発性物質が含まれていなければ、蒸気を加えてガス中のH2成分を増加させる。クリーンアップに続いてそのように生成された合成ガスは、本質的に２H2に対して１COの割合からなる。このガスは、熱交換器２７で冷却されてダクト１０５を経由してプラント２８へ送られるとき、合成して液体にするのに理想的である。プラント２８は、フィッシャー・トロプシュを行うプラントか、モービル石油（Mobil Oil）によって開発され���ＭＴＧプロセス（methanol-to-gasoline train）が後に続くようなメタノールプラントであり得る。合成ガスを種々の液体に変換するためのプロセスは公知であり、本発明の一部をなさない。合成ガスから石油液体燃料の代替物を製造する主要なコストは合成ガスを生成するコストであるので、本明細書中で述べた石炭の揮発性物質のクラッキングは合成プラントのための原料を製造するための的確かつ経済的なアプローチである。
【００３１】
石炭の脱揮発成分から生じる多孔性かつ高度に反応性の生成物である高温炭化物は、ガス化装置１１に落ちて、予熱され得る空気を用いてガス化される。空気は、好適には、炭化物の温度を平衡させる傾向があるダウンドラフトモードでガス化装置１１に噴射される。空気は、図２及び図４に示される幾つかのポイントで噴射され得る。空気は、炭化物中の炭素と反応して発生炉ガスを生成する。発生炉ガスは、低Btuであるために「リーンガス」としても知られている。このリーンガスは、硫黄除去のためにダクト１０６を経由して高温ガスクリーンアップ１３に与えられる。リーンガスが高温ガスクリーンアップのための温度以下である場合には、クリーンアップ容器１３に入れる前に符号９で示されるように酸化剤を加える。クリーンアップ１３から出た後、リーンガスは粒子除去のためにサイクロン２９へ送られ、それから空気予熱器３０へ送られる。リーンガスは予熱器３０を通過した後、熱交換器３１に送られ、プロセスにおいて用いられる蒸気を発生させる。蒸気は例えば、H2を生成したり、温度を適度に調節したり、蒸気加熱器で加熱されたりする。リーンガスは続いて水銀及びアルカリ制御のためにフィルタ／バッグハウス３２へ誘導され、それからガスは発電所に存在し得るステーション３３へ送られる。このリーンガスは、より効率的に電力を生成するような質量を有し、低温で燃焼するので燃焼時に発生するNOxが少ないので、燃焼タービンでの使用に優れた燃料である。燃焼タービンは、蒸気タービンを伴って複合サイクルの装置を構成してもよい。これは電力を効率的に発生させる方法であり、慣用的に用いられるものである。
【００３２】
ガス化装置で生成されるリーンガスに加えて、石炭中の灰が溶融スラグに変換され、リーンガスと溶融スラグとが共にガス化装置１１から出口ポート２３を経由して分離器２４へ排出される。ここで、ガスはサイクロン２６に送られ、スラグは急冷された後でロックホッパ２５に供給され、システム圧力損失なしに大気中に排出される。そのように生成されたスラグは、非浸出可能性テスト（non-leachability test）に合格するようなガラス質で不活性なものである。
【００３３】
原料リッチガス及び原料燃料ガス中の硫黄は、H2Sの形でプロセスに残るが、これは参照特許に開示された本願の出願人自身のシステムを含む任意の公知のシステムによって除去される。H2Sは、図１に示されるクリーンアップ１２及び１３に含まれる吸収剤によって吸収される。容器７で再利用及び再生される吸収剤は、硫黄を元素の形で蒸気として抽出し、符号８で示されるコンデンサで凝縮される。吸収剤の再利用のために用いられるコンデンサ８からのオフガスは、コンプレッサ１０９における圧力でブーストされる。クリーンアップ容器１２からのサイドストリームは、再生器７において再生されるためにバルブフィーダ１１０によって方向転換される。バルブフィーダ１１１は、吸収剤をクリーンアップ容器１３へ再循環させる。再生器７上の符号１１２で示されるサイクロンは、再利用オフガスから粒子状物質を除去する。
【００３４】
合成ガスの独占的な製造のために本発明を用いれば、ガス化装置１１中の空気は酸素及び蒸気に置換され、炭化物と反応して、追加のH2リッチガスが生成される。追加のH2リッチガスは、ガス化の分野では公知のシフト反応を経た後で分解ガスから抽出されるH2リッチガスと同様の化学物質及び／または液体をクリーンアップ後に合成することができる。
【００３５】
燃料ガスの独占的な製造のために本発明を用いれば、クラッキングリアクタに噴射される酸素は空気で希釈され、リーンガスが製造される。このリーンガスは、空気でブローされるときにガス化装置１１から生成されるものと同様な燃料ガスとしてクリーンアップ後に使用され得る。燃料ガスは、電力発電を含む種々の加熱用途のための燃料として使用され得る。
【００３６】
本発明の別の目的は、米国において未だに５０％以上の電力が汚染の原因となる微粉炭ボイラから生み出されていることから、既存の発電所をリパワリングしてこれらの寿命を延ばすことである。
【００３７】
本発明の別の用途は、リアクタ１０で石炭を処理してコークスまたは炭化物を生み出し、但しガス化は行わないことである。そのようなコークスは、冶金学の分野で使用可能である。炭化物は、白熱（incandescent）であるが、水銀の除去を含むフィルタリングシステムでの利用のために蒸気で処理して活性炭素に変えられる。
【００３８】
本明細書中で開示した方法は、コークス及び活性炭素を作る能力を含めて、加熱、運輸、電力、化学物質等のために、石油や天然ガスに代わるものとして豊富でかつクリーンなエネルギーを効率的にかつ環境的に閉じた方法で製造するべく、石炭を処理し得る方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】同時生成に適用される一例として、プロセスフローダイアグラムにより本発明の方法を示した図である。
【図２】本発明の方法を実行するための装置を示す図である。
【図３】図２の３−３から見た断面図である。
【図４】石炭の加熱、リーンガス及び溶融スラグの排出に関連する、図２に示した装置の変形を示す。
【図５】図４の５−５から見た断面図である。
【図６】図４の一部を拡大した図であり、図２に示した溶融スラグからのガスの分離のための別のアプローチを示す。
【図１】
2004534903.tif 000003
【図２】
2004534903.tif 000004
【図３】
2004534903.tif 000005
【図４】
2004534903.tif 000006
【図５】
2004534903.tif 000007
【図６】
2004534903.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004534903.tif 000009
2004534903.tif 000010
2004534903.tif 000011
2004534903.tif 000012
2004534903.tif 000013
2004534903.tif 000014
2004534903.tif 000015
2004534903.tif 000016
2004534903.tif 000017
2004534903.tif 000018
2004534903.tif 000019
2004534903.tif 000020
2004534903.tif 000021
2004534903.tif 000022
2004534903.tif 000023
2004534903.tif 000024
2004534903.tif 000025
2004534903.tif 000026
2004534903.tif 000027
2004534903.tif 000028
2004534903.tif 000029
【国際調査報告】
2004534903.tif 000030