(57)【要約】超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための炭素質燃料ガス化システムは、固体炭素質燃料、水素、酸素、および流動化蒸気を受け取り、微粒子化チャー、蒸気、水素、および揮発性物質を生産する装置を備えている微粒子化チャー調製システムを含む。間接ガス化器は、微粒子化チャーおよび蒸気等を受け取るガス化チャンバを備えている容器を含み、ガス化チャンバは、合成ガス、灰、および蒸気を提供する。燃焼チャンバは、合成ガスおよび酸化剤を受け取り、それらを燃焼させ、ガス化のため、および流入する流動を加熱するための熱を提供し、それによって、蒸気およびＣＯ２を生成する。ガス化のための熱は、耐火性砂を循環させて、燃焼チャンバからガス化チャンバに伝達される。合成ガス冷却器は、合成ガスを冷却し、蒸気を生成し、電力を生成するために超臨界ＣＯ２発電サイクルを実施する超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムに提供する。
2020506983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための炭素質燃料ガス化システムであって、前記炭素質燃料ガス化システムは、
ａ）脱揮装置を備えている微粒子化チャー調製システムであって、前記微粒子化チャー調製システムは、固体炭素質燃料、水素、酸素、および流動化蒸気を受け取り、１つ以上の出口において微粒子化チャー、蒸気、水素、および揮発性物質を生産するように構成されている、微粒子化チャー調製システムと、
ｂ）間接ガス化器であって、前記間接ガス化器は、
ｉ．ガス化チャンバを備えている容器であって、前記容器は、前記微粒子化チャー調製システムの前記１つ以上の出口からの前記微粒子化チャー、搬送ガス、および蒸気を受け取るように構成され、前記ガス化チャンバは、１つ以上の出口において合成ガス、灰、および蒸気を提供する、容器と、
ｉｉ．燃焼チャンバであって、前記燃焼チャンバは、合成ガスおよび酸化剤を受け取り、前記酸化剤と合成ガスの混合物を燃焼させ、ガス化のための熱、および流入する流動を加熱するための熱を提供し、それによって、蒸気およびＣＯ２を生成するように構成され、前記燃焼チャンバは、循環する耐火性砂を使用して、前記燃焼チャンバから前記ガス化チャンバにガス化のための熱を伝達するようにさらに構成されている、燃焼チャンバと
を備えている、間接ガス化器と、
ｃ）前記間接ガス化器の前記ガス化チャンバの前記１つ以上の出口のうちの１つに結合された入口を有する合成ガス冷却器であって、前記合成ガス冷却器は、前記合成ガスを冷却し、出力において蒸気を生成するように構成されている、合成ガス冷却器と、
ｄ）前記合成ガス冷却器の出力に結合された入力を有する超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムと
を備え、
前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムは、電力を生成するための超臨界ＣＯ２発電サイクルを実施する、炭素質燃料ガス化システム。
【請求項２】
前記容器は、前記燃焼チャンバを備えている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項３】
前記間接ガス化器は、前記微粒子化チャー調製システムの前記出口のうちの１つから揮発性物質および水素を受け取るように構成されている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項４】
前記脱揮装置は、流動化蒸気を注入するための入口と、揮発性物質および粗粒チャーを除去するための少なくとも１つの出口とを備えている加熱圧力容器を備えている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項５】
前記微粒子化チャー調製システムの出口に結合されたサイクロンをさらに備え、前記サイクロンは、揮発性物質から粗粒チャーを分離し、第１の出口において粗粒チャーを提供し、前記間接ガス化器の入力に結合された第２の出口に揮発性物質を提供する、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項６】
前記微粒子化チャー調製システムは、石炭を備えている炭素質燃料を受け取るように構成されている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項７】
前記間接ガス化器の燃焼器によって生成された前記蒸気、窒素、およびＣＯ２は、ＣＯ２を除去するために断熱カルシウムルーピングを実施する燃焼生産物システムに導かれる、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項８】
前記除去されたＣＯ２は、前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムに移送される、請求項７に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項９】
前記合成ガス冷却器から蒸気を受け取る小型蒸気サイクルをさらに備えている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１０】
前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムは、前記小型蒸気サイクルを備えている、請求項９に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１１】
ガス化のための熱、および流入する流動を加熱するための熱を提供するために前記酸化剤と前記合成ガスの前記混合物を燃焼させる前記燃焼チャンバは、蒸気および窒素をさらに生成する、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１２】
ドライバおよびスタック凝縮器に接続された膨張器をさらに備え、前記膨張器は、前記間接ガス化器の前記燃焼チャンバによって生成された前記蒸気および窒素を受け取る、請求項１１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１３】
前記ドライバは、発電機を備えている、請求項１２に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１４】
前記合成ガス冷却器の出口から前記合成ガスを受け取る入力を有する合成ガス浄化システムをさらに備え、前記合成ガス浄化システムは、不純物を分離するように前記合成ガスを処理する、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１５】
合成ガス圧縮機をさらに備え、前記合成ガス圧縮機は、分離された不純物を伴う前記合成ガスを圧縮し、圧縮された分離された不純物を伴う合成ガスを前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムに提供する、請求項１４に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１６】
前記ガス化チャンバは、前記微粒子化チャー調製システムの前記１つ以上の出口から蒸気を受け取る、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１７】
前記ガス化チャンバは、熱回収システムの出口から蒸気を受け取る、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１８】
前記微粒子化チャー調製システムは、向流チャー冷却器であって、前記向流チャー冷却器は、それが前記チャーを冷却しているときに蒸気を予熱する、向流チャー冷却器と、圧力降下弁と、前記チャーの平均サイズを１０μを下回るまで低減させる粉砕機と、前記微粒子化チャーを前記入口まで再加圧するエアロックとをさらに備えている、請求項１に記載の炭素質燃料ガス化システム。
【請求項１９】
炭素質燃料ガス化の方法であって、前記方法は、
ａ）固体炭素質燃料、水素、および酸素から微粒子化チャー、蒸気、揮発性物質、および水素を生産することと、
ｂ）脱揮装置を備えている微粒子化チャー調製システムを用いて蒸気を流動化させることと、
ｃ）ガス化チャンバを有する容器を備えている間接ガス化器を用いて前記生産された微粒子化チャーから合成ガスおよび蒸気を生産することと、
ｄ）前記間接ガス化器内の燃焼チャンバ内で酸化剤と水素および一酸化炭素の混合物を燃焼させ、ガス化のための熱および流入するガス流を加熱するための熱を提供し、それによって、ＣＯ２を生成することと、
ｅ）前記間接ガス化器に結合された合成ガス冷却器を用いて蒸気を生成することと、
ｆ）前記間接ガス化器によって生成されたＣＯ２を超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムに導くことと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記燃焼チャンバ内で前記酸化剤と前記水素および一酸化炭素の混合物を燃焼させ、ガス化のための熱および流入するガス流を加熱するための熱を提供することは、断熱カルシウムルーピングを伴う燃焼生産物システムに導かれる蒸気および窒素を生成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記燃焼チャンバ内で前記酸化剤と前記水素および一酸化炭素の混合物を燃焼させ、ガス化のための熱および流入するガス流を加熱するための熱を提供することは、炭素捕捉システムを伴う燃焼生産物システムに導かれる蒸気および窒素を生成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記燃焼器によって生成された前記蒸気および窒素を膨張器に導き、次いで、スタック凝縮器に導くことをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記燃焼チャンバ内で前記酸化剤と前記水素および一酸化炭素の混合物を燃焼させ、ガス化のための熱および流入するガス流を加熱するための熱を提供することは、前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムに導かれる蒸気を生成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、全蒸気ガス化を実施することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記酸化剤は、酸素を備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記酸化剤は、空気を備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
燃焼チャンバ内で前記酸化剤と前記水素および一酸化炭素の混合物を燃焼させることは、ＣＯ２を前記酸化剤に添加することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記炭素質燃料は、石炭を備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記合成ガスを生産することは、前記微粒子化チャー調製システムから前記間接ガス化器に揮発性物質を提供することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記脱揮装置内の加熱圧力容器の中に流動化蒸気を注入し、前記加熱圧力容器から揮発性物質および粗粒チャーを除去することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
サイクロンを用いて揮発性物質から粗粒チャーを分離し、前記分離された粗粒チャーを前記微粒子化チャー調製システムの中に注入し、前記揮発性物質を前記間接ガス化器の中に注入することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記間接ガス化器燃焼器によって生成された前記蒸気およびＣＯ２を前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムの前記入力に導く前に、それを燃焼調整システムの生産物に導くことをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
合成ガス浄化システムを用いて不純物を低減させるように前記合成ガスを処理することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
蒸気加熱器から前記ガス化チャンバ内に蒸気を受け取ることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３５】
熱回収システムから前記ガス化チャンバ内に蒸気を受け取ることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３６】
前記間接ガス化器を用いて前記微粒子化チャーから合成ガスおよび蒸気を生産することは、前記間接ガス化器に前記微粒子化チャー調製システムからの揮発性物質を提供することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
前記合成ガス冷却器によって生成された前記蒸気を小型蒸気サイクルに導くことをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
前記超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムは、前記小型蒸気サイクルを備えている、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で使用される段落見出しは、編成目的のためだけのものであり、本願に説明される主題をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。
（関連出願の引用）
【０００２】
本願は、米国仮特許出願第６２／４４６，４５３号（２０１７年１月１５日出願、名称「Ａｌｌ−Ｓｔｅａｍ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ＣＯ２  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｙｃｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」）の非仮出願である。米国仮特許出願第６２／４４６，４５３号の全内容は、参照により本明細書に引用される。
【０００３】
本願は、米国特許出願第１５／２２７，１３７号（２０１６年８月３日出願、名称「Ａｌｌ−Ｓｔｅａｍ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ」）にも関連し、該出願は、米国仮特許出願第６２／２０１，６２５号（２０１５年８月６日出願、名称「Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ｗｉｔｈ  Ａｌｌ−Ｓｔｅａｍ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ」）および米国仮特許出願第６２／３２９，６３２号（２０１６年４月２９日出願、名称「Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ｗｉｔｈ  Ａｌｌ−Ｓｔｅａｍ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ」）に対する優先権を主張する。本願は、米国特許出願第１５／２８６，５１４号（２０１６年１０月５日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｃａｌｃｉｕｍ  Ｌｏｏｐｉｎｇ」）にも関連し、該出願は、米国仮特許出願第６２／２３７，７０９号（２０１５年１０月６日出願、名称「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｃａｌｃｉｕｍ  Ｌｏｏｐｉｎｇ」）に対する優先権を主張する。米国特許出願第１５／２２７，１３７号および第１５／２８６，５１４号、および米国仮特許出願第６２／２０１，６２５号、第６２／３２９，６３２、第６２／２３７，７０９号の全内容は、参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００４】
大気中のＣＯ２温室効果ガス蓄積に関する地球温暖化の懸念は、高まり続けている。化石燃料エネルギー発電システムからのＣＯ２排出は、大気中のＣＯ２を増加させていることに対するここ数十年の主原因であると多くの専門家によって見なされている。再生可能エネルギーおよび核エネルギー源の大幅の増加があっても、化石燃焼消費量は、上昇し続けている。したがって、特に、発電および化学生産のための効率的かつ効果的な低炭素技術に対するかなりの必要性がある。
【０００５】
石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）技術は、石炭からエネルギーを得るための最もクリーンな方法であると多くの専門家によって見なされている。ガス化は、従来の石炭発電所によって生産される汚染物質よりも著しく少ない汚染物質をもたらす。ＩＧＣＣ発電所は、電気を生産するためにタービンの中で合成ガスを燃焼させる。余分な熱は、より多くの電気を生産する第２のタービンに動力供給するために捕捉され、高効率の発電をもたらす。種々の固体燃料のガス化が、化学肥料、メタノール、ディーゼル燃料、および多くの他の化学物質を含む化学物質を生産するために一般的に使用される。ガス化は、それがより少ない汚染、削減された二酸化炭素排出、より少ない固体廃棄物、およびより少ない水使用をもたらすので、環境に有益である。
【０００６】
現在、ＩＧＣＣクリーンエネルギーシステムを改良するために、超臨界ＣＯ２発電サイクルを使用することが、着目されている。米国政府は、超臨界ＣＯ２発電サイクルの研究および開発のための複数の新たな取り組みに資金供給している。超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムを使用する初期の市場活動が、進行中である。企業は、２５ＭＷｅにまで達するますます高い電力出力の実行可能性を証明するための実証プラントを発表している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
好ましい例示的実施形による、本教示は、そのさらなる利点とともに、付随の図面と併せて検討される以下の詳細な説明においてより具体的に説明される。当業者は、下記に説明される図面が、例証目的のためだけのものであることを理解するであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本教示の原理を図示することに重点が置かれている。図面は、本出願者の教示の範囲をいかようにも限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本教示による、炭素捕捉システムを伴う一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための空気ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムのシステムブロック図を図示する。
【０００９】
【図２】図２は、ＣＯ２および窒素を除去する断熱カルシウムルーピング（ＡＣＬ）を伴う燃焼生産物システム（ＰＯＣ）の実施形態を図示する。
【００１０】
【図３】図３は、本教示による、一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための酸素ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムのシステムブロック図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本教示は、ここで、付随の図面に示されるようなその例示的実施形態を参照してより詳細に説明されるであろう。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示をそのような実施形態に限定することを意図していない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示を利用できる当業者は、追加の実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識し、それらは、本明細書に説明されるような本開示の範囲内である。
【００１２】
本明細書における「一実施形態」または「ある実施形態」の言及は、実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の種々の場所における語句「一実施形態では」の出現は、必ずしも全てが同一の実施形態を指すわけではない。
【００１３】
本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能なままである限り、任意の順序で、および／または同時に実施され得ることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能なままである限り、任意の数または全ての説明される実施形態を含み得ることを理解されたい。
【００１４】
地球温暖化および気候変動の問題は、世界中の石炭発電所が、所望の排出率を満たすために、ＣＯ２を捕捉および貯蔵するための高価な制御を追加することを要求している。北米および欧州では、石炭プラントのための炭素捕捉を伴うＩＧＣＣ等の現在の技術は、補助金なしでは不経済であると証明されている。炭素捕捉システムを稼働させるために要求される追加の電力は、効率および出力を低減させ、結果として、広範な採用は、起こっていない。これは、北米におけるより古い石炭プラントの操業停止および多くの新しいプラントの取り消しにつながっている。それでも、多くの専門家は、石炭が世界を再生可能エネルギー源に向けて移行させることを補助するために有益なエネルギー源であると考えている。発電のための石炭使用量は、少なくとも今後５０年にわたってアジアで増加することが予期されている。
【００１５】
超臨界ＣＯ２発電サイクルを使用する石炭ガス化複合発電は、クリーンな石炭エネルギー生成のための重要な方法を証明している。実証パイロットプラントが、天然ガス燃料を使用して２５ＭＷｅにまで達する出力を伴う超臨界ＣＯ２発電サイクルの実行可能性を証明するために現在建造されている。これらの実証パイロットプラントおよび開発からもたらされる大型商業的発電所は、間接ガス化器を使用する全蒸気ガス化システムから大いに利益を享受し、発電効率を増加させ、サイズおよび費用を削減し、概して、石炭または他の炭素質燃料を使用しながらより低い環境フットプリントをもたらすことができる。
【００１６】
超臨界ＣＯ２は、臨界圧力および温度範囲内に維持される二酸化炭素の流体状態である。これらの範囲内で、ガスは、同時に液体およびガスの両方としての機能を果たす。超臨界ＣＯ２は、多くの望ましい特徴を有する。超臨界ＣＯ２は、ガスのように流動するが、液体のように物質を溶解させる。超臨界ＣＯ２は、適度な条件において超臨界状態に到達する。超臨界ＣＯ２は、蒸気よりも腐食性ではなく、蒸気と比較して好ましい熱安定性を有し、それは、電力システム占有面積を低減させることに役立つ。加えて、超臨界ＣＯ２は、非毒性かつ不燃性であり、したがって、それを使用することは、発電所運転への負担を低減させ、それは、より低い運転の費用をもたらす。さらに、超臨界ＣＯ２は、単相であり、したがって、それは、単一の圧力排気熱交換器のみを要求し、それは、発電所の費用を著しく低下させることができる。さらに、超臨界ＣＯ２は、多くの異なる熱源と適合することができる。
【００１７】
超臨界ＣＯ２は、発電タービンのための特に良好な作業流体である。超臨界ＣＯ２発電サイクルに基づく動力タービンは、多種多様な発電用途において蒸気サイクルに取って代わることができ、適度な入口温度によって比較的に高い効率かつ比較的に低い費用の電気を提供することができる。超臨界ＣＯ２発電サイクルを使用することは、ターボ機械および熱交換器占有面積の縮小をもたらすこともできる。
【００１８】
本教示は、炭素捕捉を含み得る全蒸気ガス化システムに関し、それは、超臨界ＣＯ２電力サイクルと統合される。そのようなシステムは、効率を実質的に改良することができ、石炭が最適な燃料である超臨界ＣＯ２発電サイクル技術を用いたガス化の広範な採用を促進するであろう。サブシステムの各々における特有の設計により、燃料および資本の両方に対する大幅な費用の削減も存在する。
【００１９】
本教示の全蒸気ガス化および炭素捕捉システムは、主要な改良を伴ういくつかの既知の技術を組み込む。本教示の全蒸気ガス化および炭素捕捉システムは、電力および／または化学物質の生産のために、石炭または他の供給原料から水素を生産する。本教示の全蒸気ガス化システムは、炭素捕捉および貯蔵（ＣＣＳ）を伴うＩＧＣＣ、石炭液化（ＣＴＬ）、およびポリジェネレーションプラント等の用途のために、実質的に窒素がない高水素および／または合成ガスを生産する。本明細書で使用されるように、ポリジェネレーションは、その多生産物能力を説明する用語である。１つの結果として、本教示の全蒸気ガス化および炭素捕捉システムは、炭素制約のある世界において石炭を競争力のあるものにするために十分に低い費用でより高い効率を提供する。本教示の全蒸気ガス化および炭素捕捉システムの重要なサブシステムにおける組み合わせられた改良は、地球温暖化の懸念を解決するために十分に低い排出量によって世界規模の競争力を達成するために要求される必要な効率で電力およびポリジェネレーションを生産する。
【００２０】
加えて、全蒸気ガス化は、他の既知の方法と比較して、１ポンドの石炭または他の供給原料あたりはるかに多い量の水素を生産する。空気吹送燃焼器は、そのようなシステムのために通常使用される酸素を生産するための大規模で高価な空気分離プラントを排除し、効率および費用を著しく改良する。全蒸気ガス化は、超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムとの統合のために酸素燃焼とともに使用されることができる。間接ガス化器が、空気が臨界流と混合することを避けることによって、電力専用および石炭液化専用モードを維持しながら、液体および化学物質のポリジェネレーションのために必要な実質的に窒素のない水素および合成ガスの生産を可能にする。
【００２１】
さらに、脱揮装置（ｄｅｖｏｌａｔｉｌｉｚｅｒ）内およびチャー調製システム内で生産された微粒子化チャーの使用は、数秒における供給原料の急速なガス化を可能にする。微粒子化チャーの使用は、ガス化プラントサイズを著しく縮小し、モジュール化機器内に増加した容量を提供する。高温固定床および石灰岩系吸着剤を使用する、一体水性ガスシフトを含み得る断熱カルシウムルーピングは、炭素捕捉システム全体を強化する。その結果は、パイプライン品質の高圧ＣＯ２である。高温プロセスは、シフト反応器からの熱が高温において回収されることを可能にする。これは、従来技術の従来のシフトシステムにおいて使用されるより低温のシフトよりもはるかに多くの蒸気を生産する。
【００２２】
そのようなシステムは、二酸化炭素を捕捉するために使用される吸着剤を再生するための蒸気の必要性を回避する。専用高温熱交換器を使用する統合高温熱回収システムは、非常に高い効率でシステム全体を支援する。最後に、そのようなシステムは、ほぼゼロの排出量を生産する既知の暖気ガス浄化システムを利用し、暖気ガス浄化システムは、温度循環を低減させながら空気汚染を軽減する。暖気ガス浄化システムを追加することは、より高い温度における合成ガス浄化の通常の能力を活用する。
【００２３】
本教示の超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムと統合される炭素捕捉を含み得る全蒸気ガス化の利点は、それがさらに高い効率を提供することである。これらのシステムにおける全蒸気ガス化は、１ポンドの石炭あたりより多くの水素を生産し、ＣＯ２ガス化システムよりも約３倍速い。本教示の微粒子化チャーは、従来技術の酸素吹送ガス化器よりもはるかに速い。いくつかの実施形態では、間接ガス化器は、空気を使用し、したがって、いかなる大型空気分離ユニットも、要求されない。暖気ガス浄化（ＷＧＣＵ）が、効率をさらに改良するために使用され、それによって、これらのシステムは、はるかに高い温度の炭素捕捉アプローチの効率に合致する。
【００２４】
本教示の全蒸気ガス化システムの１つの特徴は、間接ガス化器によって生産されるＨ２に対するＣＯの比率が、間接ガス化器に供給される蒸気、チャー、または他の材料の量を変動することによって変動され得ることである。このように、Ｈ２に対するＣＯの比率は、最適化されることができる。いくつかの実施形態では、生産されるＨ２に対するＣＯの比率は、特定の超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムまたは超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムの特定のセットと統合するために最適化される。
【００２５】
超臨界二酸化炭素発電サイクルは、それがターボ機械作業流体としてＣＯ２を使用することを除いて、他のタービンサイクルと類似する。サイクルは、ＣＯ２の臨界点を上回って動作し、液体からガスに変化しない。代わりに、それは、狭い範囲の温度および圧力にわたって大きい密度変化を受ける。１つの利点は、大量のエネルギーがコンパクトな機器から高温において抽出されることである。具体的には、ＣＯ２ターボ機械は、燃焼タービンまたは蒸気タービンよりも１桁小さい公称ガス通路直径とともに使用される。
【００２６】
いくつかの公知の超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムでは、ＣＯ２は、熱源によって加熱される。エネルギーは、ＣＯ２がタービン内で膨張させられるにつれてＣＯ２から抽出される。残りの熱は、主熱源に戻るＣＯ２を予熱するために、１つ以上の高効率的な熱レキュペレータにおいて抽出される。レキュペレータは、サイクル熱遮断を限定することによって効率を増加させる。超臨界ＣＯ２発電サイクルは、魅力的な水消費量および排出量プロファイルを提供する。
【００２７】
図１は、本教示による、炭素捕捉システム１００を伴う一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための空気ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムのシステムブロック図を図示する。石炭給送システム１０２のいくつかの実施形態は、石炭、Ｈ２、および空気を取り込み、煙道ガスを排出する。石炭給送システム１０２のいくつかの実施形態は、回転弁給送装置およびミキサを伴う流動床石炭乾燥機も使用する。
【００２８】
石炭給送システム１０２は、固体燃料を微粒子化チャー調製システム１０４に提供する。微粒子化チャー調製システム１０４のいくつかの実施形態は、例えば、脱揮装置、チャー冷却器／蒸気加熱器、降下弁、粉砕機、静電分離器、エアロック、および合成ガスチャーコンベヤ等の種々の構成要素を含む。本教示の１つの特徴は、微粒子化チャー調製システム１０４が、有利なこととして、ガス化プロセスを高速化する微粒子化チャーを生産するために使用され得ることである。すなわち、微粒子化チャー調製システム１０４のいくつかの実施形態は、石炭給送システム１０２から受け取られる石炭から微粒子化チャーを調製し、それを間接ガス化器１０６に移送する。これらの実施形態では、微粒子化チャー調製システム１０４は、流動化のために好適なサイズを伴う粉砕された石炭を受け取る。例えば、１／４インチ未満の流動化サイズが、好適である。脱揮装置は、全てのタールを砕く能力を有する。
【００２９】
一実施形態では、間接ガス化器は、燃焼およびガス化のために単一の圧力容器反応器を使用する内部循環流動床（ＩＣＦＢ）である。単一の圧力容器反応器を使用することは、動作を簡略化し、機器サイズを低減させる。単一の圧力容器反応器は、反応器の中心に、ドラフト管とも呼ばれる垂直管を備えている。ドラフト管内のガスの流動は、上向きである一方、ドラフト管を包囲する流動化高密度固体床内の固体の流動は、下向きである。流動化高密度固体床は、時として、環状床と称され、石炭を完全にガス化するために十分に深いように設計される。
【００３０】
一実施形態では、間接ガス化器燃焼器は、蒸気ガス化反応のために要求される熱を生産するためのドラフト管の入口の中に注入された燃料および空気を燃焼させることによって動作する。例えば、燃料は、チャー、水素、または合成ガスであり得る。合成ガスまたは水素を使用することは、チャー燃焼のための浄化システムの必要性を排除する。燃焼は、これを包囲する高密度流動床反応器のそれと比較して、流動する蒸気の密度を低減させる。これは、ドラフト管の底部に圧力差を生じさせ、それは、環状区分内の高密度固体床に下向きに流動させ、それらは、ドラフト管を上に流動するガスによって取り込まれ、それによって、反応器の内側の周囲に高温固体の連続的循環を引き起こす。
【００３１】
流動化高密度固体床を備えている固体は、アルミナ等の比較的に高い密度の耐火性砂である。高密度固体は、ループの周囲の温度差を約２００°Ｆの許容可能なレベルに限定するために十分な流率の循環固体を提供する。循環流量は、燃料または合成ガスの流量の１００倍もの量であり得る。耐火性砂は、分配板を通して進入する蒸気および微粒子化チャーから生成される合成ガスの流動によって流動化されるために十分に微細である。
【００３２】
ＩＣＦＢ間接ガス化器は、いわゆる水性ガス反応によって、微粒子化チャーを蒸気と、それらを水素および一酸化炭素に変換するために十分に高い温度において混合する。反応の熱は、ガス化器の底部における燃焼器内の水素または合成ガスおよび空気の燃焼によって提供される。燃焼生産物は、ミキサの中へ下に流動する高温循環固体と迅速に混合される。高温固体および燃焼生産物の混合物は、次いで、ドラフト管を通して上に流動する。その上部において、固体は、周辺の流動化高密度固体床上に戻るように落下する一方、燃焼生産物は、反応器の上部における通気孔を通して退出する。ドラフト管の上部における漏斗形状が、フリーボードの中への粒子の飛出しを防止する希釈床が生じることを可能にする。燃焼の熱は、床材料を高温に保ち、ガス化のための熱を提供する。固体は、下向きに流動する一方、チャーおよび蒸気、次いで、蒸気−チャー反応から形成された水素および一酸化炭素（合成ガス）は、上向きに流動する。
【００３３】
チャー調製システム１０４を使用することなく石炭を直接ガス化することが可能であるが、多くのシステムにおいて、最初に、石炭をチャーに変換し、次いで、間接ガス化器１０６内でチャーをガス化することが好ましい。これは、チャーが、石炭粒子の内部の大部分が熱分解によって空洞化されているので、はるかに脆いからである。熱分解は、ある範囲の幾何学形状を伴うチャー粒子を生産する。チャー粒子幾何学形状は、薄シェル球体を備え得る。チャー粒子は、スイスチーズのような幾何学形状において形成されることもできる。空洞化幾何学形状は、粉砕されると、チャー粒子に石炭よりもはるかに小さい断片に壊れさせる。８ミクロンより小さい粒子が、容易に達成される。小さいサイズの粉砕されたチャー粒子は、ガス化を促進する。
【００３４】
微粒子化チャーを使用する別の特徴は、それが非湿潤性であるが、灰が粘着性であり得ることである。微粒子化チャーは、非湿潤性である、なぜなら、粒子は、互いに、または他の表面と衝突するのではなく、それらが流動するガス中に取り込まれたままであるからである。非湿潤性特徴は、固体燃料として粉砕された石炭を使用する従来技術の石炭火力発電システムにおいて一般的な燼渣、焼塊、凝集、および腐食を回避する。
【００３５】
本教示の炭素質燃料ガス化システムのいくつかの実施形態は、固体炭素質燃料、水素、酸素、および流動化蒸気を受け取り、微粒子化チャー、蒸気、揮発性物質、および水素を生産する脱揮装置を備えている微粒子化チャー調製システム１０４を含む。いくつかの実施形態では、微粒子化チャー調製システム１０４は、向流チャー冷却器であって、向流チャー冷却器は、それがチャーを冷却しているときに蒸気を予熱する、向流チャー冷却器と、圧力降下弁と、微粒子化チャーの平均サイズを１０μを下回るまで低減させる粉砕機と、微粒子化チャーを入口まで再加圧するエアロックとを含む。一具体的実施形態では、炭素質燃料は、石炭である。いくつかの実施形態では、脱揮装置は、流動化蒸気を注入するための入口と、揮発性物質および粗粒チャーを除去するための少なくとも１つの出口とを備えている加熱圧力容器を備えている。
【００３６】
本教示の炭素捕捉を伴う一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための空気ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムは、微粒子化チャー調製システム１０４によって提供された揮発性物質から粗粒チャーを分離するサイクロン１０８を含む。微粒子化チャー調製システム１０４を離れる揮発性物質中に取り込まれたチャーが、サイクロン１０８によって捕捉される。サイクロン１０８は、粗粒チャーを微粒子化チャー調製システム１０４に提供する第１の出口と、間接ガス化器１０６の入力に結合される第２の出口とを有する。いくつかの実施形態では、第２の出口は、揮発性物質を間接ガス化器１０６に提供する。サイクロン１０８からの塔頂ガスは、間接ガス化器１０６に送出され、それによって、平衡を使用して、ＣＨ４等の形成を最小化する。
【００３７】
間接ガス化器１０６のいくつかの実施形態は、ガス化チャンバ１１０またはガス化器を備えている容器を含み、容器は、微粒子化チャー調製システム１０４から微粒子化チャーを受け取り、搬送流体および蒸気を受け取る。いくつかの実施形態では、間接ガス化器１０６は、微粒子化チャー調製システム１０４の出口から揮発性物質を受け取る。いくつかの実施形態では、ガス化チャンバ１１０は、チャー冷却器の出口から蒸気を受け取る。ガス化チャンバ１１０のいくつかの実施形態は、１つ以上の出口において合成ガス、灰、および蒸気を生産する。
【００３８】
間接ガス化器１０６は、燃焼器１１２も含む。燃焼器１１２は、燃焼チャンバとも称され得る。燃焼器１１２のいくつかの実施形態は、蒸気および窒素を生成するために、水素または合成ガスおよび酸化剤の混合物を受け取り、酸化剤と水素または合成ガスの混合物を燃焼させ、ガス化のための熱および流入する流動を加熱するために使用される熱を提供する。例えば、酸化剤は、空気または酸素であり得る。いくつかの実施形態では、ガス化のための熱は、耐火性砂を循環させることによって燃焼器１１２からガス化器１１０に伝達される。
【００３９】
本教示の間接ガス化器１０６は、微粒子化チャーから合成ガスを生産する。従来技術の間接ガス化器は、バイオマスからメタンおよび合成ガスを作製するために使用されていた。いくつかの実施形態では、間接ガス化器１０６内の反応のための熱は、燃焼器１１２内の燃焼およびガス化器１１０内のガス化によって生成される。各チャンバから出現するガスは、分離した状態に保たれる。ガス化のために要求されるチャンバ間の熱伝達は、高温固体を循環させることによって提供される。高温固体は、燃焼器内で加熱され、ガス化器１１０内のガス化によって冷却される。
【００４０】
本教示の間接ガス化器１０６を使用する１つの特徴は、それが全蒸気ガス化（ＡＳＧ）を可能にすることである。さらに、燃焼器１１２内での燃焼のために空気を使用する間接ガス化は、燃料生産およびポリジェネレーションを促進しながら、空気分離ユニット（ＡＳＵ）としても公知である大型酸素プラントの必要性を排除する。これは、燃焼生産物が合成ガスから分離した状態に保たれ、それによって、燃焼空気中の窒素による合成ガスの汚染を回避するからである。大型酸素プラントの必要性を排除することは、費用を著しく削減し、システムの占有面積も著しく低減させるであろう。本教示の間接ガス化器１０６は、有利なこととして、従来技術のガス化システムよりも少ない酸化剤を要求する。一具体的実施形態では、間接ガス化器１０６は、従来技術のガス化のために要求されるそれの約８．５％である酸素供給を使用し、従来技術のガス化器のために要求されるそれの約４０％である空気供給を要求する。種々の実施形態では、従来技術のガス化と比較して広い範囲のパーセンテージの酸素および空気供給の節約が、実現される。間接ガス化器１０６は、サイクロン１０８を通して脱揮装置から提供される揮発性物質およびメタンも受け取る。
【００４１】
間接ガス化は、化学物質を生産するために使用されるガス化システムの効率および費用の両方における改良をもたらす。間接ガス化器１０６を使用する追加の重要な特徴は、石炭中の炭素の全てまたは大部分が１ポンドの石炭あたり最大量の水素を生産するために使用されることを可能にするガス化熱を提供するための燃焼器１１２内での水素および／または合成ガスの使用である。
【００４２】
間接ガス化器１０６は、合成ガス冷却器１１４に提供される合成ガスを１つの出力において生産する。合成ガス冷却器１１４のいくつかの実施形態は、間接ガス化器１０６のガス化器１１０の出口に結合される入口を有し、合成ガス冷却器１１４は、合成ガスを冷却し、出口において蒸気を生成する。合成ガス冷却器１１４は、蒸気を小型蒸気サイクル１１６に提供する。小型蒸気サイクル１１６は、いくつかの実施形態では、超臨界ＣＯ２発電サイクルの一部であり得る。いくつかの実施形態では、合成ガス冷却器１１４は、過剰な動力を提供する間、空気分離ユニットまたは他のドライバのために合成ガス冷却蒸気を提供する。
【００４３】
合成ガス冷却器１１４は、圧力容器を含む。いくつかの実施形態では、合成ガス冷却器１１４は、流動床内に埋設された蒸気管を伴う分配板によって支持される複数の流動床を格納する。流動床の乱流は、従来の煙管熱交換器において起こり得る蓄積を防止する。より低い温度において動作する上向きに流動する連続的床との合成ガス冷却器１１４内の２つ以上の床の使用は、合成ガス冷却器１１４からの廃熱を利用する蒸気タービンの効率を増加させる。合成ガス冷却器１１４のいくつかの実施形態は、従来の煙管冷却器よりも著しく高い熱伝達係数を呈する流動床冷却器設計を利用する。そのような合成ガス冷却器１１４の使用は、熱交換器のサイズおよび費用を削減する。
【００４４】
炭素捕捉システム１００を伴う全蒸気ガス化を使用する超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのいくつかの実施形態は、不純物を除去するために、合成ガス冷却器１１４の出口から冷却された合成ガスを受け取る入力を有する合成ガス浄化システム１２０を使用する。合成ガス冷却器１１４は、間接ガス化器１０６を離れる高温合成ガスを合成ガス浄化システム１２０によって要求される温度まで冷却する。合成ガス浄化システム１２０のいくつかの実施形態では、輸送脱硫器が、合成ガスを処理し、次いで、灰を除去するキャンドルフィルタに渡される。必要に応じて、合成ガスは、研磨脱硫器に渡される。吸着剤再生器が、ブースト空気圧縮機からの空気を使用し、吸着剤材料によって輸送脱硫器から除去される二酸化硫黄を収集する。この二酸化硫黄は、硫黄を生産するために直接硫黄変換器に送出されることができる。最後に、多汚染物質集塵器が、水銀、および必要に応じて、アンモニア、砒素、ならびにセレンを除去するために使用される。
【００４５】
本教示の合成ガス浄化システム１２０のいくつかの実施形態は、Ｎｏｒｔｈ  ＣａｒｏｌｉｎａのＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋに本社を置くＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって開発された、図１に示されるような暖気ガス浄化システム（ＷＧＣＵ）を使用する。このタイプの合成ガス浄化システムは、硫黄、微粒子状物質、およびアンモニア、水銀、セレン、ならびに砒素等の微量元素を含む本質的に全ての汚染物質を高い効率で除去することができる。ＷＧＣＵを使用することは、最も厳しいレベルのＥＰＡ基準を下回る排出量をもたらすであろう。アンモニアも、ＮＯｘ排出量を最小化するために除去される。
【００４６】
合成ガス浄化システム１２０は、汚染物質を除去し、合成ガスを圧縮機１２２に送出する。圧縮機１２２は、超臨界ＣＯ２発電サイクル１１８（図示せず）の一部であり得る。圧縮機１２２は、合成ガスを、超臨界ＣＯ２発電サイクル１１８への供給入力のために適切な圧力および温度まで圧縮する。一具体的実施形態では、圧縮機１２２は、５００°Ｆにおける６００〜７００ＰＳＩにおいて約３００Ｂｔｕ／立方フィートの窒素を伴わない合成ガスを提供する。超臨界ＣＯ２発電サイクル１１８は、二酸化炭素および電力を生産する。
【００４７】
間接ガス化器１０６の第２の出力は、燃焼生産物、蒸気、窒素、および二酸化炭素を、断熱カルシウムルーピング（ＡＣＬ）システムを伴う燃焼生産物（ＰＯＣ）システム１２４に提供する。燃焼生産物システムの断熱カルシウムルーピングは、合成ガスまたは固体燃料から生成される燃焼生産物から炭素化合物を除去するために、断熱、吸着、圧力スイング、および固定床炭素捕捉システムを使用する。断熱は、いかなる熱も吸着剤に追加されない、またはそれから除去されないプロセスを指す。代わりに、反応のための熱は、吸着剤自体の温度の変化によって提供または除去される。これは、サイクルが繰り返される前に、吸着剤が炭化中に熱くなり、か焼の間にその元々の温度に戻るように冷たくなることを意味する。
【００４８】
本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣのいくつかの実施形態は、間接ガス化器１０６からの燃焼生産物の加圧流から二酸化炭素を除去する。種々の実施形態では、本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、二酸化炭素を除去するために使用される。
【００４９】
本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣ内のＡＣＬシステムは、時として、圧力スイングカルシウムルーピングを伴うＰＯＣと称される。圧力スイングカルシウムルーピングは、時として、２つの反応器が同一の圧力にあるが、異なる温度にある、燃焼後炭素捕捉システムとともに使用される従来技術の温度スイングカルシウムルーピングシステムと異なる。温度スイングカルシウムルーピングでは、典型的には、２つの固定床反応器が、使用される。圧力スイングカルシウムルーピングは、従来技術の温度スイングシステムの多くの限界を克服する。圧力スイングカルシウムルーピングは、吸着剤粒子の高損耗率をなくすことができる。圧力スイングカルシウムルーピングは、不便かつ高価である燃料を燃焼させるための酸素の使用を要求しない。
【００５０】
本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣの１つの利点は、それが比較的に狭い機器占有面積を要求することである。本教示の断熱カルシウムルーピング装置の実施形態は、典型的には、従来技術の従来の空気吹送機器よりも数倍小さい。本教示のＡＬＣシステム１２４を伴うＰＯＣの他の利益は、比較的に高い炭素捕捉効率を提供する比較的に高いプラント効率を提供することを含む。さらに、本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣにおいて使用される吸着剤は、従来技術のシステムにおいて使用される従来のアミン吸着剤と異なり、非毒性である。さらに、これらの非毒性吸着剤は、熱を用いた外部再生を要求しない。
【００５１】
本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、吸着剤を再生するための蒸気の必要性も回避する。これは、カルシウムルーピングが、１つの反応器（「カーボネータ」）内のガスから炭素を捕捉し、第２の反応器（か焼器）内の吸着剤から二酸化炭素を放出するからである。
【００５２】
本教示のＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、出力において高温ガスを電力に変換する。いくつかの実施形態では、ＡＣＬを伴うＰＯＣシステム１２４は、膨張器動力（電気的または機械的）を提供する。ＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、第２の出力において冷却器および凝縮器１２８を介してスタックに蒸気を提供する。ＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、第３の出力において二酸化炭素を超臨界ＣＯ２発電サイクル１１８に提供する。いくつかの実施形態では、ＡＣＬシステム１２４を伴うＰＯＣは、約３〜２８ＰＳＩの範囲内であり、典型的には、１，８００°Ｆ未満の温度における純粋ＣＯ２流を超臨界ＣＯ２発電サイクル１１８に提供する。
【００５３】
図２は、ＣＯ２および窒素を除去する断熱カルシウムルーピング（ＡＣＬ）を伴う燃焼生産物システム（ＰＯＣ）２００の実施形態を図示する。図１および２の両方を参照すると、華氏約１，８００度における間接ガス化器１０６の燃焼器１１２からの窒素、二酸化炭素、および蒸気が、第１の再生熱交換器２０２の中に給送される。第１の再生熱交換器２０２の出力は、潜在的に損耗した砂を除去するフィルタ２０４の入力を供給する。フィルタ２０４の出力は、第２の再生熱交換器２０６の入力を供給し、それは、燃焼生産物を加熱し、出力において、圧力スイング断熱カルシウムルーピング装置２０８の入力を供給する。圧力スイング断熱カルシウムルーピング装置２０８は、１つの出力において二酸化炭素を生産し、第２の出力において、動力を生産する膨張器２１０に導かれる窒素を生産する。燃焼生産物冷却器２１２が、膨張器２１０の第２の出力からの出力を冷却し、窒素および蒸気２１４を凝縮器またはスタック（図示せず）に提供する。
【００５４】
図３は、本教示による、一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステム３００のための酸素ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムのシステムブロック図を図示する。図３に示される一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステム３００のための酸素ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムの実施形態は、図１に図示される炭素捕捉システム１００を伴う一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための空気ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムと類似する。しかしながら、図３の一般的超臨界ＣＯ２発電サイクルシステム３００のための酸素ベースの燃焼を伴う全蒸気ガス化システムでは、図１と関連して説明されるような空気ではなく、酸素が、燃焼器に供給される。酸素は、ＣＯ２等の減速材を必要とする。
【００５５】
固体燃料給送システム３０２が、固体炭素質燃料を微粒子化チャー調製システム３０４に提供するために使用される。いくつかの方法では、燃料は、石炭である。チャー調製システム３０４は、出力において、間接ガス化器３０８の燃焼器３０６の入力にチャーを提供する。微粒子化チャー調製システム３０４を離れる揮発性物質中に取り込まれたチャーは、サイクロン３１０によって捕捉される。サイクロン３１０は、粗粒チャーを微粒子化チャー調製システム３０４内の粉砕機に戻すように提供する。サイクロン３１０からの塔頂ガスが、間接ガス化器３１２内のガス化器３１２に送出され、それによって、平衡を使用して、ＣＨ４の形成を最小化する。
【００５６】
ガス化器３１２は、蒸気、メタン、および水素を供給され、窒素を伴わない合成ガスを合成ガス冷却器３１４に提供する。合成ガス冷却器３１４は、出力において、小型蒸気サイクル３１５の入力に提供される蒸気を生成する。小型蒸気サイクル３１５は、いくつかの実施形態では、超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６の一部であり得る。いくつかの実施形態では、合成ガス冷却器３１４は、空気分離ユニットまたは他のドライバ（図示せず）のための蒸気も提供する。合成ガス冷却器３１４は、窒素を伴わない冷却された合成ガスを暖気ガス浄化（ＷＧＣＵ）３１８に提供する。種々の実施形態では、ＷＧＣＵ３１８は、合成ガスから微粒子、硫黄化合物、水素、および他の微量汚染物質等の汚染物質を除去する。ＷＧＣＵ３１８からの合成ガスは、合成ガス圧縮機３２０に通され、次いで、超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６の入力に提供される。合成ガス圧縮機３２０も、ＣＯ２発電サイクル３１６の一部であり得る。いくつかの実施形態では、圧縮機３２０は、約６００〜７００ＰＳＩの範囲内である圧力および約５００°Ｆの温度における約３００Ｂｔｕ／立法フィートの窒素を伴わない合成ガスを超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６に提供する。
【００５７】
燃焼器３０６は、酸素および合成ガスを供給される。いくつかの実施形態は、合成ガスをＷＧＣＵ３１８から燃焼器３０６に供給する。いくつかの実施形態では、酸素は、超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６を供給する同一のプラントによって供給される。他の実施形態では、酸素は、別個の空気分離ユニットまたは他の酸素生産デバイスによって供給される。いくつかの実施形態では、燃焼器３０６は、公知の吹送ガス化器と比較して約５０％少ない酸素供給を要求する。
【００５８】
間接ガス化器３０８の出力は、燃焼生産物を燃焼生産物調整器３２２に供給する。燃焼生産物調整器３２２の出力は、超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６に供給される。種々の実施形態では、燃焼生産物調整器３２２は、特定の超臨界ＣＯ２発電サイクルのために適切な条件におけるＣＯ２／蒸気混合物を供給する。
【００５９】
超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための全蒸気ガス化システムの１つの利点は、その小さいサイズである。いくつかの実施形態では、ガス化器は、５００ＭＷｅプラントのための５０フィート未満の高さの単一の容器である。これは、従来技術のガス化器よりも数倍小さい。本教示の合成ガス冷却器構造は、約４０フィートの高さの単一の構造である。これは、従来技術の合成ガス冷却器ユニットよりも約４倍小さい。
【００６０】
本教示の硫化水素吸収器が、約１００フィートの高さである単一の構造において提供される。これは、従来技術の硫化水素除去システムよりも約４倍小さい。本教示の一実施形態は、１２０フィートの高さである２つのＣＯ２吸収器を提供し、それは、従来技術のシステムよりも約２倍小さい。いくつかの具体的実施形態では、ガス化器３１２は、単一の棟の５００ＭＷｅに関して５０フィートの高さの出荷可能流動床ガス化器を備えている。１００フィート未満の高さの機器サイズを提供することによって、この電力容量の半分を生成するプラントのために現場加工を要求する多くの従来技術のシステムと比較して、システムの多くの部分は、車両によって安価に出荷されることができる。
【００６１】
超臨界ＣＯ２発電サイクルシステムのための全蒸気ガス化システムの物理的サイズは、ＣＯ２、合成ガス、蒸気、および電力が、ＣＯ２フラッシュドラムまたは水性ガスシフト反応器を要求することなく超臨界ＣＯ２発電サイクル３１６に供給され得るため、さらに低減させられる。加えて、本教示のいくつかの実施形態は、約１０％の体積における３つのみの５０％の石炭給送装置／乾燥機を要求する。これは、６つの石炭給送装置／乾燥機を要求する従来技術のシステムと対照的である。したがって、本教示の方法および装置は、占有面積の観点における相当な節約、ならびに関連動作および保守の簡略化を表す。本教示の種々の実施形態は、競合する従来技術の半分未満の費用がかかる。
（均等物）
【００６２】
本出願者の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願者の教示がそのような実施形態に限定されることを意図していない。対照的に、本出願者の教示は、当業者によって理解されるであろうように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、それにおいて行われ得る、種々の代替、修正、ならびに均等物を包含する。
【図１】
2020506983.tif 000003
【図２】
2020506983.tif 000004
【図３】
2020506983.tif 000005
【国際調査報告】
2020506983.tif 000006
2020506983.tif 000007