JP2018520227A - 合成ガスを処理するための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、間接又は直接ガス化装置からの合成ガスを処理する方法であって、
−所定の流入温度範囲内のガスが第１の熱交換器に流入することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を第１の媒体に対して交換する間、第１の熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが第１の熱交換器から後続の最終熱交換器へ移動することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を最終媒体に対して交換する間、最終熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが、所定の流出温度範囲内で、好ましくは、灰又は鉱物凝固点未満で、清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするステップと、を含む方法に関する。更に、本発明は、合成ガスの冷却用の冷却システム及びガス化システムに関する。
−所定の流入温度範囲内のガスが第１の熱交換器に流入することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を第１の媒体に対して交換する間、第１の熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが第１の熱交換器から後続の最終熱交換器へ移動することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を最終媒体に対して交換する間、最終熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが、所定の流出温度範囲内で、好ましくは、灰又は鉱物凝固点未満で、清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするステップと、を含む方法に関する。更に、本発明は、合成ガスの冷却用の冷却システム及びガス化システムに関する。
Description
本発明は、間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスを処理するための方法に関する。本発明の更なる態様は、間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスのための冷却システムに関する。本発明の更なる態様は、本発明による冷却システムを備える、合成ガスを生成するためのガス化システムに関する。
合成ガスの冷却は深刻な問題に直面している。かかる問題は、低すぎるか、あまりに予測できない冷却器の壁部の温度のいずれか一方による冷却器における微粒子集積を含んでいる。フライスラグ等の微粒子は腐食の原因となる。かかる腐食に対する公知の保護はセラミック保護シールドであり、そのコストは法外に高いものである。別の問題は凝縮である。凝縮が起こる場合、冷却器において面倒な乳化が生じる。
公知の問題についてかかるシステムを改良するために、本発明は、間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスを処理する方法であって、
−所定の流入温度範囲内のガスが第１の熱交換器に流入することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換する間、第１の熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが第１の熱交換器から後続の最終熱交換器へ移動することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換する間、最終熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが、所定の流出温度範囲内で、好ましくは灰又は鉱物凝固点未満で、そして、好ましくは炭化水素液化点より上で、清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするステップと、を含む方法を提供する。
−所定の流入温度範囲内のガスが第１の熱交換器に流入することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換する間、第１の熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが第１の熱交換器から後続の最終熱交換器へ移動することを可能にするステップと、
−ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換する間、最終熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−ガスが、所定の流出温度範囲内で、好ましくは灰又は鉱物凝固点未満で、そして、好ましくは炭化水素液化点より上で、清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするステップと、を含む方法を提供する。
この本発明による装置は、タール凝縮又は固形物堆積が制限されるか、又は、ほとんど無く実行されてもよい有利な冷却を提供する。冷却器の金属部分は、蒸気等の媒体の温度に維持されてもよく、かかるタール凝縮又は固形物堆積を防止している。２つ、又は好ましくはそれ以上の熱交換器が適用されるため、段階的な冷却が達成できる。ガス並びに媒体の温度差は、かかるタール凝縮又は固形物堆積を防止する範囲内に予測通りに維持できる。
第１の好ましい実施形態による方法において、熱交換器は、蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、蒸気冷却に関して完全に動作するのが好ましい。これは、所定の流入温度範囲及び所定の流出温度範囲のために可能である。熱交換器は、過熱蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、過熱蒸気冷却に関して完全に動作するのが好ましい。
更に好ましい実施形態によれば、熱媒体は、ガス化装置の煙道ガス冷却器から得られるか、又は、そこにおいて、及び／又は、第１又は後続の熱交換器を通過する合成ガスに関する熱回収ステップにおいて予め加熱される。このため、少なくともシステムの初始動後、媒体の温度は、前記欠点を更に低減できるように、予測通りに制御できる。この特徴の別の重要な利点は、ガスからの、又は、ガス変換プロセスからの熱エネルギーが熱交換器において要求される蒸気を作るために用いることができることにある。更に、余分なエネルギーを蒸気タービンに案内することが提供される。
好ましくは、流入温度範囲は、６００〜１２００℃の間、好ましくは６５０〜１０００℃の間、更に好ましくは７００〜９００℃の間、更に好ましくは７５０〜８５０℃の間である。好ましくは、流出温度範囲は、４００〜６００℃の間、好ましくは４５０〜５５０℃の間、好ましくは実質的に約５００℃である。これらの温度範囲は、システムにおける合成ガスの最適な滞留時間を提供する。特に、後続の冷却ステップ中の滞留時間は、これによって最適化される。
更に好ましい実施形態による方法は、第１の媒体を最終媒体として再利用するステップを含む。その大きな利点は、媒体の位置が第２の熱交換器における使用に適しており、媒体の温度を容易に調節できるという両方であり、それは合成ガスが熱を媒体に伝えるような要求となる。
かかる調節は、最終熱交換器に入る前に、水等の冷却液を添加することによって行われるのが好ましく、この調節ステップは過熱防止装置によって行われるのが好ましい。媒体への水入力を変化させることによって、温度は通過する合成ガスに応じて低下させることができる。媒体又は水は合成ガスと直接接触しないため、極めて制御された冷却が、凝縮又は微粒子集積の原因となる合成ガスへの水の直接挿入等の従来技術の前記欠点を防止している。
更に好ましい実施形態において、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の中間熱交換器等の少なくとも１つの中間熱交換器に少なくとも１つのパースペクティブ中間媒体を適用するよう提供される。その利点は、大きな温度差を得ることができるか、又は、より高い動作速度を達成できることを備えている。
熱交換器のいずれかは煙管型のものであるのが好ましいか、又は、熱交換器のいずれかは水管型のものであるのが更に好ましい。
更に好ましい実施形態によれば、方法は、微粒子、タール、硫黄又は塩素化合物等の酸性ガス、及び水分を、好ましくはその順序で、好ましくは合成ガス浄化反応器において、除去することによって合成ガスを清浄化するステップを含む。本発明は、かかる浄化反応器における合成ガスの滞留時間を最小限にできる利点を提供する。更なる利点は、かかる清浄ガスがタービン又はガス変換プロセスにおいて信頼性を持って用いることができるという点である。
方法は、発電設備を駆動して、好ましくは一次電力を発生させるためのガスタービンに合成ガスを供給するステップを含むのが更に好ましい。これは、合成ガスに存在するエネルギーが、次いで、発電等の遷移のために用いられるという利点を提供する。
方法は、更なる実施形態において、最終熱交換器からの媒体内に残留するエネルギーの、及び又は、熱回収ステップからの媒体から残留するエネルギーから、蒸気タービンを動作させるステップを含む。熱交換器又は、例えばタービンにおいて使用されない余分なエネルギーは、かかる熱エネルギーを電気に遷移させるために用いられることを意図する。
好ましくは、最終熱交換器を出た後、水を最終媒体に添加することによって、最終媒体の入口温度を調節することが、更に好ましい実施形態による１つの解決法である。これは、冷却を提供し、更に、凝縮又は微粒子集積を防止するよう、温度のちょうど良い低下を提供することに役立つ。
本発明による更なる態様は、間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスを冷却するための冷却システムであって、方法は、
−ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための第１の熱交換器と、
−ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための後続の最終熱交換器と、
−ガスが、好ましくは初期生成手段及び又は初期冷却手段から、前記第１の熱交換器に入ることを可能にするためのインクルード手段と、
−ガスが、流出温度範囲内で、好ましくは灰又は鉱物凝固点未満で、更に好ましくは炭化水素液化点より上で、好ましくは清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするための出口手段と、を備える冷却システムを提供する。かかる冷却システムは、合成ガスを処理するための方法に関して上記で説明したものと同様の利点を提供する。
−ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための第１の熱交換器と、
−ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための後続の最終熱交換器と、
−ガスが、好ましくは初期生成手段及び又は初期冷却手段から、前記第１の熱交換器に入ることを可能にするためのインクルード手段と、
−ガスが、流出温度範囲内で、好ましくは灰又は鉱物凝固点未満で、更に好ましくは炭化水素液化点より上で、好ましくは清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、最終熱交換器を出ることを可能にするための出口手段と、を備える冷却システムを提供する。かかる冷却システムは、合成ガスを処理するための方法に関して上記で説明したものと同様の利点を提供する。
好ましい実施形態によれば、かかる冷却システムにおいて、交換器は、蒸気冷却に関して動作し、更に好ましくは過熱蒸気冷却に関して完全に動作するのが好ましい。システムは、好ましくは、最終熱交換器を出た後、水を最終媒体に添加することによって、最終媒体の入口温度を調節するための手段を備えるのが更に好ましい。また、かかる実施形態は、上記方法に関して説明したものと同様の利点を提供する。
本発明による更なる態様は、本発明による実施形態による冷却システムを備える合成ガスの生成用ガス化システムであって、更に、
−ガス化装置であって、好ましくは、ガス化反応器、発熱器、及び、原料合成ガスから流動媒体を分離させるための分離サイクロンを有するガス化装置、
−熱交換器における使用のために蒸気を加熱するための手段を備える煙道ガス冷却器、
−微粒子、タール、硫黄又は塩素化合物等の酸性ガス、及び水分を、好ましくはその順序で、除去することによって、最終熱交換器を離れた後、合成ガスを清浄化するための清浄システム、
−発電設備を駆動して、好ましくは一次電力を発生させるためのガスタービン、
−第１又は後続の熱交換器を通過する合成ガスに関する熱回収蒸気発生器、ＨＲＳＧ等の熱回収装置、及び／又は、
−最終熱交換器からの媒体内に残留するエネルギーの、及び又は、熱回収ステップからの媒体から残留するエネルギーからの、蒸気タービン、を備えるガス化システムを提供する。
−ガス化装置であって、好ましくは、ガス化反応器、発熱器、及び、原料合成ガスから流動媒体を分離させるための分離サイクロンを有するガス化装置、
−熱交換器における使用のために蒸気を加熱するための手段を備える煙道ガス冷却器、
−微粒子、タール、硫黄又は塩素化合物等の酸性ガス、及び水分を、好ましくはその順序で、除去することによって、最終熱交換器を離れた後、合成ガスを清浄化するための清浄システム、
−発電設備を駆動して、好ましくは一次電力を発生させるためのガスタービン、
−第１又は後続の熱交換器を通過する合成ガスに関する熱回収蒸気発生器、ＨＲＳＧ等の熱回収装置、及び／又は、
−最終熱交換器からの媒体内に残留するエネルギーの、及び又は、熱回収ステップからの媒体から残留するエネルギーからの、蒸気タービン、を備えるガス化システムを提供する。
利点は、この態様に従って説明したような個々の特徴に関して上記で説明してきた。
本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、添付図面を参照して、１つ以上の実施形態の説明に基づき更に明らかにされる。
図１は、本発明による第１の好ましい実施形態を示している。この第１の好ましい実施形態は、本発明の好ましい実施形態によるガス化装置システムに構造的に含まれる本発明の好ましい実施形態による熱交換器４を組み込む直接ガス化装置を装備した、いわゆる石炭ガス化複合発電ＩＧＣＣシステムである。
熱交換器は、システムの他の構成要素によって提供されるエネルギーに基づく温度で、システムの他の構成要素によって提供される冷却媒体で動作する。他の好ましい実施形態の熱交換器（図３〜５）も、システムの他の構成要素によって提供されるエネルギーに基づく温度で、システムの他の構成要素によって提供される冷却媒体が提供される。
実施形態によれば、炭化水素原料（石炭、石油コークス、重油、バイオマス、木質系材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、アスファルト、又は天然ガス）、及び酸化剤（空気、富化空気、酸素、及び／又は蒸気）１が直接ガス化装置２に供給されて原料合成ガス３を生成する。原料合成ガス３は、使用するガス化装置又はプロセスの種類に関わらず、約７００〜９００℃であるよう、若しくは、熱交換器４ａ、４ｂに入る前にこの温度まで急冷されるよう、維持されるのが好ましい。
例えば、合成ガス３は、コークス炉又は製鋼所によって生成されてもよく、既に７００〜９００℃であってもよい。上で説明した理由のため、高温の合成ガスは熱交換器において更に冷却される。従って、この合成ガスは、その後、合成ガス冷却器４ａ及び４ｂにおいて冷却される。
冷却器から出て、５００℃未満に冷却された合成ガス５は、次いで、合成ガス浄化６のために準備される。この浄化は、好ましくは最初に、何らかの残留微粒子を、次いで、タール、酸性ガス、及び、好ましくは最終的に、水分を除去する目的を有している。略汚染物が無いガス浄化後で、ガスタービン供給ガス仕様７に沿った、清浄合成ガスは、次いで、発電設備９を駆動して一次電力１０を発生させるガスタービン８に供給される。
ガスタービン１１の燃焼室からの高温の排気ガスは、顕熱を回収し、好ましくは過熱された蒸気１４を生成することを目的とする熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１２へと案内される。冷却された排気ガス１３はシステムのスタックに向かう。蒸気１４は、以下の２つの目的、良質の過熱蒸気１８が合成ガス冷却器４ａ及び４ｂを経由して、高温の原料品質合成ガス３と並流し、冷却器の金属熱交換面の制御された冷却を提供することに適う。
ＩＧＣＣの大きさに応じて、これが、２つが示されているうちの、単一の熱交換器４を有する１つのステージ又は幾つかのステージにおいて起こり得ることは、当業者にとって明瞭であるべきである。良質の蒸気は、このプロセスにおいてより更に過熱される。この蒸気の温度及び品質を制御するために、それは過熱防止装置（図２の詳細を参照）に案内されて、体積が増える。その後、この蒸気は、第２の発電機１６を駆動して追加電力１７を発生させる蒸気タービン１５の入口に戻って供給される。
図２は、使用するガス化装置の種類に関わらず、直接であろうと間接であろうと、このプロセス説明において、約７００〜９００℃まで急冷されるか、約７００〜９００℃であるのが好ましい原料品質の合成ガス３を生成するためのガス化装置２を開示している。より多くの熱交換器を追加する場合、それらの値は変化してもよい。
この合成ガスは、次いで、合成ガス冷却器４において冷却される。冷却器を出る合成ガス５は、５００℃未満の流出ガス温度に冷却されるのが好ましい。この目的のために、原料品質の合成ガス３は、上部合成ガス冷却器４ａ、一連の２つ又は１つ以上のうちの最初のものに入る。ＨＲＳＧ１２からの蒸気流１８は、合成ガスとの並流で冷却器に入る。この時点で好ましい低い蒸気温度を有すると、これは、好ましい高熱流束の点、すなわち、合成ガス冷却器入口において、好ましい熱除去能力を提供する。
また、この操作は、合成ガス冷却器の金属表面上の任意のスポットの好ましい最低温度が入口蒸気１８の温度であることに役立つ。後者は、ＨＲＳＧシステムの作動圧力によって制御される。合成ガス冷却器４ａの出口において、蒸気２４は過熱され、温度を補正する必要がある。
これは過熱防止装置２０において行われる。この装置において、第１の合成ガス冷却器４ａを出る蒸気は、冷却器供給水２５と密に混合されて、その後、第２の合成ガス冷却器４ｂ用の供給及び冷却媒体となるより大量の（より多い）飽和蒸気２１を生じる。この合成ガス冷却において、第１の合成ガス冷却器４ａに関するプロセスが繰り返される。
合成ガス冷却器４ａを出る原料品質の合成ガスは、合成ガス冷却器４ｂ、一連の２つのうちの２番目に入る。蒸気流２１は、合成ガスとの並流で冷却器に入る。この時点で低い蒸気温度を有すると、これは、好ましい流束の点、すなわち、合成ガス冷却器入口において、好ましい熱除去能力を提供する。この操作は、合成ガス冷却器４ｂの金属表面上の任意のスポットの最低温度が入口蒸気２１の温度であることに役立つ。
後者は、過熱防止装置２０の操作によって制御される。合成ガス冷却器４ｂの出口において、蒸気は再度過熱され、蒸気タービン１５において用いるための温度に補正される。これは過熱防止装置２３において達成される。この装置において、第２の合成ガス冷却器４ｂを出る蒸気は、冷却器供給水２５と密に混合されて、より大量の（より多い）飽和蒸気１９を生じる。合成ガス冷却器４ｂを出る合成ガス５は、好ましいタールの露点よりもはるかに高く、且つ、例えば、塩化アンモニウムの堆積温度よりもはるかに高い温度ではあるが、５００℃未満の所望温度に達する。
図３の実施形態において、炭化水素原料（石炭、石油コークス、重油、バイオマス、木質系材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、アスファルト、又は天然ガス）、及び酸化剤（空気、富化空気、酸素、及び／又は蒸気）１が間接ガス化装置２ａ＋２ｂのガス化反応器２ａに供給される。この反応器の底部において、それは発熱器２ｂからの高温流動媒体９９と混合される。
ガス化後、原料合成ガス及び流動媒体９６の混合気はガス化装置反応器２ａを離れ、サイクロン２ｃに入って、炭化物を含んだ流動媒体９８と原料合成ガス３とに分離される。炭化物を含んだ流動媒体９８は、間接ガス化装置発熱器２ｂを経由され、ここで、炭化物が燃焼されて高温の流動媒体９９を生成する。
発熱器からの煙道ガス１０１は、蒸発煙道ガス冷却器１００を経由されて、冷却された（約２００℃）煙道ガス１０２を生じ、ボイラー供給水２５から、それが飽和蒸気１８ａを生じることが好ましい。原料合成ガス３は、使用するガス化装置又はプロセスの種類に関わらず、約７００℃〜９００℃であるか、若しくは、この温度まで急冷されることを必要とする。例えば、合成ガス３は、コークス炉又は製鋼所によって生成されてもよく、既に７００℃〜９００℃であってもよい。上記で説明した理由のため、高温の合成ガスは更に冷却される。従って、この合成ガスは、その後、合成ガス冷却器４ａ及び４ｂにおいて冷却される。冷却器から出て、５００℃未満に冷却された合成ガスの場合５、それは合成ガス浄化６のために準備される。
この浄化は、好ましくは最初に、何らかの残留微粒子を、次いで、タール、酸性ガス、及び水分を除去する目的を有している。略汚染物が無く、ガスタービン供給ガス仕様７に沿った、清浄合成ガスは、次いで、発電設備９を駆動して一次電力１０を発生させるガスタービン８に供給される。ガスタービン１１の燃焼室からの高温の排気ガスは、顕熱を回収し、良質の蒸気１４を生成することを目的とする熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１２へと案内される。冷却された排気ガス１３はシステムのスタックに向かう。蒸気１４は、以下の２つの目的、蒸気１８ｂが発熱器蒸発冷却器１００からの蒸気１８ａと混合されることに適う。混合蒸気流１８は、合成ガス冷却器４ａ及び４ｂを経由して、高温の原料品質合成ガス３と並流し、冷却器の金属熱交換面の制御された冷却を提供する。有利に、金属がセラミック材料の代わりに用いられ、それはコストの点で極めて優先される。それは、例えば、比較的低い温度差のため、可能となる。ＩＧＣＣの大きさに応じて、これが、この実施形態においても、ここで２つだけが示されているうちの１つ又は幾つかのステージにおいて起こり得ることは、当業者にとって明瞭であるべきである。蒸気はこのプロセスにおいて過熱される。この蒸気の温度及び品質を制御するために、それは過熱防止装置（図３の詳細を参照）に案内されて、体積が増え、再度、蒸気タービン品質１９となる。その後、この蒸気は、第２の発電機１６を駆動して追加電力１７を発生させる蒸気タービン１５の入口に戻って供給される。
図４は図３の詳細を開示している。ガス化装置２が原料品質の合成ガス３を生成した後、使用するガス化装置の種類に関わらず、このプロセス説明において、それは約７００〜９００℃まで急冷されるか、約７００〜９００℃であることが予想される。この合成ガスは、次いで、合成ガス冷却器４において冷却される。冷却器を出る合成ガスは、５００℃未満の流出ガス温度に冷却される５。この目的のために、原料品質の合成ガス３は、合成ガス冷却器４ａ、一連の２つのうちの最初のものに入る。蒸気は２つの発生源から生成され、間接ガス化装置発熱器１０１からの高温煙道ガス（約９００℃）が煙道ガス冷却器１００に入って約２００℃まで冷却される１０２。このエネルギーはボイラー供給水２５を飽和蒸気１８ａに変換するために用いられる。この蒸気流はＨＲＳＧ１２からの過熱蒸気１８ｂと混合される。結果として生じる過熱蒸気流１８は、合成ガスとの並流で合成ガス冷却器４ａに入る。この時点で好ましい低い蒸気温度を有すると、これは、好ましい流束の点、すなわち、合成ガス冷却器入口において、好ましい熱除去能力を提供する。また、この操作は、合成ガス冷却器の金属表面上の任意のスポットがこれまでに達成する好ましい最低温度が入口蒸気１８の温度であることに役立つ。後者は、ＨＲＳＧシステムの作動圧力によって制御される。合成ガス冷却器４ａの出口において、蒸気２４は過熱され、温度を補正する必要がある。これは過熱防止装置２０において達成される。この装置において、第１の合成ガス冷却器４ａを出る蒸気は、冷却器供給水２５と密に混合されて、その後、第２の合成ガス冷却器４ｂ用の供給及び冷却媒体となる、若干温和な温度と共により大量の過熱蒸気２１を生じる。この合成ガス冷却において、第１の合成ガス冷却器４ａを中心とするストーリーがそれ自体繰り返される。
合成ガス冷却器４ａを出る原料品質の合成ガスは、合成ガス冷却器４ｂ、一連の２つのうちの２番目に入る。蒸気流２１は、合成ガスとの並流で冷却器に入る。この時点で最低蒸気温度を有すると、これは、最高熱流束の点、すなわち、合成ガス冷却器入口において、最高熱除去能力を提供する。この操作は、合成ガス冷却器４ｂの金属表面上の任意のスポットがこれまでに達成する最低温度が入口蒸気２１の温度であることに役立つ。後者は、過熱防止装置２０の操作によって制御される。合成ガス冷却器４ｂの出口において、蒸気は再度過熱され、蒸気タービン１５において用いるための温度に補正されることを必要とする。これは過熱防止装置２３において達成される。この装置において、第２の合成ガス冷却器４ｂを出る蒸気は、冷却器供給水２５と密に混合されて、正しい蒸気タービン入口温度と共に、より大量の過熱蒸気を生じる。１９。合成ガス冷却器４ｂを出る合成ガス５は、タールの露点よりもはるかに高く、且つ、塩化アンモニウムの堆積温度よりもはるかに高い温度ではあるが、５００℃未満の所望温度に達する。
図５は、炭化水素原料（石炭、石油コークス、重油、バイオマス、木質系材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、アスファルト、又は天然ガス）、及び酸化剤（空気、富化空気、酸素、及び／又は蒸気）１が間接ガス化装置２に供給されて原料合成ガス３を生成することを開示している。原料合成ガス３は、使用するガス化装置又はプロセスの種類に関わらず、約７００〜９００℃であるか、若しくは、この温度まで急冷されることを必要とする。例えば、合成ガス３は、コークス炉又は製鋼所によって生成されてもよく、既に７００〜９００℃であってもよい。上で説明した理由のため、高温の合成ガスは更に冷却されることを必要とする。従って、この合成ガスは、その後、合成ガス冷却器４ａ及び４ｂにおいて冷却される。冷却器から出て、５００℃未満に冷却された合成ガスは５、合成ガス浄化６のために準備される。この浄化は、最初に何らかの残留微粒子を、次いで、タール、酸性ガス、及び水分を除去する目的を有している。汚染物が無く、変換プロセス供給ガス仕様７に沿った、清浄合成ガスは、次いで、ガス変換炉５０に供給される。高温生成物５１は、顕熱を回収し、良質の蒸気１４を生成することを目的とする熱回収蒸気発生器５２へと案内される。冷却された生成物５３はシステムの貯蔵タンク５４に向かう。良質の蒸気１４は、以下の２つの目的、良質の過熱蒸気１８が合成ガス冷却器４ａ及び４ｂを経由して、高温の原料品質合成ガス３と並流し、冷却器４の金属熱交換面の制御された冷却を提供することに適う。変換炉の大きさに応じて、これが、２つが示されているうちの１つ又は幾つかのステージにおいて起こり得ることは、当業者にとって明瞭であるべきである。良質の蒸気は、このプロセスにおいてより更に過熱される。この蒸気の温度及び品質を制御するために、それは過熱防止装置（図４の詳細を参照）に案内されて、体積が増え、再度、蒸気タービン品質１９となる。その後、この蒸気は、発電機１６を駆動して電力１７を発生させる蒸気タービン１５の入口に戻って供給される。
図５は、図３のガス化装置とガス変換部及び生成ガス貯蔵部との組み合わせであるため、かかるガス変換部及び生成ガス貯蔵部の組み合わせも、図１の直接ガス化装置により可能である。
本明細書中で用いるように、任意の数量を変更する用語「約」は、実世界の条件で、例えば、生産設備において遭遇する数量の変化を指す。数量は、従って、拘束力がなく、表示するだけのものである。
本明細書中で用いるように、単数形で引用され、単語「ａ」又は「ａｎ」と共に進められるステップの構成要素は、かかる排除が明示されていない限り、複数のかかる前記の構成要素又はステップを排除するものではないことは、言うまでもない。更に、本発明は、本発明を開示するために様々な特定の実施形態によって説明してきたが、当業者は、本発明が特許請求の範囲の精神及び適用範囲内の修正と共に実施できることを、正しく認識するであろう。故に、引用した特徴も組み込んでいる追加実施形態の存在は、排除されるものではない。従って、以下の特許請求の範囲は、決して、本発明の適用範囲を本明細書中で説明した特定の実施形態に限定する意図はない。
用語合成ガスは、ガス化プロセスの結果として生じる合成ガスに関係する。用語生成ガスは、後のプロセス又はかかるガスの販売において投入するための生成物として用いられるガスのために用いられる。
本発明は、幾つかの好ましい実施形態に基づいて前記で説明される。異なる実施形態の異なる態様は組み合わされてもよく、ここで、本文書に基づいて当業者によって行うことができる全ての組み合わせが含まれなければならない。これらの好ましい実施形態は、本文書の保護範囲に対して制限するものではない。求める権利は、添付特許請求の範囲において定義している。
Claims (20)
- 間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスを処理する方法であって、
−所定の流入温度範囲内のガスが第１の熱交換器に流入することを可能にするステップと、
−前記ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換する間、前記第１の熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−前記ガスが前記第１の熱交換器から後続の最終熱交換器へ移動することを可能にするステップと、
−前記ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換する間、前記最終熱交換器を流れることを可能にするステップと、
−前記ガスが、所定の流出温度範囲内で、好ましくは、灰又は鉱物凝固点未満で、清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、前記最終熱交換器を出ることを可能にするステップと、を含む、
方法。 - 前記熱交換器は、蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、蒸気冷却に関して完全に動作する、請求項１に記載の方法。
- 前記熱交換器は、過熱蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、過熱蒸気冷却に関して完全に動作する、請求項１に記載の方法。
- 前記熱媒体は、前記ガス化装置の煙道ガス冷却器から得られるか、又は、そこにおいて、及び／又は、前記第１又は後続の熱交換器を通過する前記合成ガスに関する熱回収ステップにおいて予め加熱される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流入温度範囲は、６００〜１２００℃の間、好ましくは６５０〜１０００℃の間、更に好ましくは７００〜９００℃の間、更に好ましくは７５０〜８５０℃の間である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流出温度範囲は、４００〜６００℃の間、好ましくは４５０〜５５０℃の間、好ましくは実質的に５００℃前後である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の媒体を前記最終媒体として再利用するステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記最終熱交換器に入る前に、水等の冷却液を添加して前記最終媒体の前記温度を調節するステップを含み、この調節ステップは過熱防止装置によって行われるのが好ましい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
- １つ、２つ、３つ、又はそれ以上の中間熱交換器等の少なくとも１つの中間熱交換器に少なくとも１つのパースペクティブ中間媒体を適用するステップを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱交換器のいずれかは煙管型のものである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱交換器のいずれかは水管型のものである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
- 微粒子、タール、硫黄又は塩素化合物等の酸性ガス、及び水分を、好ましくはその順序で、好ましくは合成ガス浄化反応器において、除去することによって前記合成ガスを清浄化するステップを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 発電設備を駆動して、好ましくは一次電力を発生させるためのガスタービンに前記合成ガスを供給するステップを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記最終熱交換器からの前記媒体内に残留するエネルギーの、及び又は、前記熱回収ステップからの媒体から残留するエネルギーから、蒸気タービンを動作させるステップを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
- 好ましくは、最終熱交換器を出た後、水を前記最終媒体に添加することによって、前記最終媒体の前記入口温度を調節するステップを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
- 間接又は直接ガス化装置からの、初期生成とその清浄化との間のようなガス化ガス等の合成ガスを冷却するための冷却システムであって、前記方法は、
−前記ガスが、熱を第１の媒体、好ましくは、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための第１の熱交換器と、
−前記ガスが、熱を最終媒体、好ましくはまた、蒸気媒体に対して交換することを可能にするための後続の最終熱交換器と、
−前記ガスが、好ましくは初期生成手段及び又は初期冷却手段から、前記第１の熱交換器に入ることを可能にするためのインクルード手段と、
−前記ガスが、流出温度範囲内で、好ましくは灰又は鉱物凝固点未満で、更に好ましくは炭化水素液化点より上で、好ましくは清浄化処理等の更なる処理を可能にするために、前記最終熱交換器を出ることを可能にするための出口手段と、を備える、
冷却システム。 - 前記交換器は、蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、蒸気冷却に関して完全に動作する、請求項１５に記載の冷却システム。
- 前記交換器は、過熱蒸気冷却に関して動作し、好ましくは、過熱蒸気冷却に関して完全に動作する、請求項１５に記載の冷却システム。
- 好ましくは、最終熱交換器を出た後、水を前記最終媒体に添加することによって、前記最終媒体の前記入口温度を調節するための手段を備える、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の冷却システム。
- 請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の冷却システムを備える合成ガスの生成用ガス化システムであって、更に、
−ガス化装置であって、好ましくは、ガス化反応器、発熱器、及び、原料合成ガスから流動媒体を分離させるための分離サイクロンを有するガス化装置、
−前記熱交換器における使用のために蒸気を加熱するための手段を備える煙道ガス冷却器、
−微粒子、タール、硫黄又は塩素化合物等の酸性ガス、及び水分を、好ましくはその順序で、除去することによって、前記最終熱交換器を離れた後、合成ガスを清浄化するための清浄システム、
−発電設備を駆動して、好ましくは一次電力を発生させるためのガスタービン、
−前記第１又は後続の熱交換器を通過する前記合成ガスに関するＨＲＳＧ等の熱回収装置、及び／又は、
−前記最終熱交換器からの前記媒体内に残留するエネルギーの、及び又は、前記熱回収ステップからの媒体から残留するエネルギーからの、蒸気タービン、を備える。
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