JP6014319B2 - 合成ガスからのガス状副生成物の除去システム - Google Patents

Description

本発明は、全体的に、ガス化システムにおいて使用されるような除去システムに関し、より詳細には、ガス化により生成されるシンガスから化学製品を製造する化学プラントにおいて及びガス化により生成されるシンガスを燃焼させる統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントにおいて使用される酸性ガス除去システムに関する。

最も知られたＩＧＣＣプラントは、少なくとも１つの発電タービンシステムと一体化されたガス化システムを含む。また、多くの公知の化学製品製造施設は、同様のガス化システムを含む。例えば、少なくとも一部の公知のガス化システムは、燃料、空気又は酸素及び窒素、蒸気、水、及び／又はＣＯ₂の混合物を合成ガス又は「シンガス」に転化する。シンガスは、ガスタービンエンジンの燃焼器に送られて、これにより電力網に電気出力を供給する発電機を駆動し、或いは、下流側の反応炉に送られて化学製品を製造する。少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンからの排出ガスが熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給され、ここで蒸気を発生して蒸気タービンを駆動するようにする。蒸気タービンによって発生した出力はまた、発電機を駆動し、該発電機が電力網に電力を提供する。

少なくとも一部の公知のガス化システムは、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を含む「未処理の」シンガス燃料を生成する。Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳは通常、酸性ガスと呼ばれる。その上、ガス化技術を用いることによって発生する、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びＣＯＳは、一般に、未処理のシンガス燃料から除去されて、下流側のプロセス反応炉又はガスタービンエンジン内で燃焼用に「清浄な」シンガス燃料を生成する。公知のシステム内では、このような酸性ガスの除去（ＡＧＲ）は、一体形ＣＯ₂／ＡＧＲシステムで実施され、該システムは、循環される冷却溶媒を用いてＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びＣＯＳの有意な部分を除去する。ＡＧＲシステムによって収集される硫黄は、通常、硫黄回収システムによって回収される。ＣＯ₂は、ガス化装置へのリサイクル、隔離、及び堆積の何れかにより処分される。

多くの既知のガス化システムは、低圧で、すなわち、およそ大気圧（１０１キロパスカル（ｋＰａ）（１４．７ポンド毎平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ））と、およそ４，１３７ｋＰａ（６００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲内で作動するガス化装置を含む。ガス化装置内で発生するガスは、およそ２，０６８ｋＰａ（３００ｐｓｉａ）とおよそ３，４４７ｋＰａ（５００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲内の一体形ＣＯ₂／ＡＧＲシステムに送られる。これらの公知のガス化システムの多くは、一体形ＣＯ₂／ＡＧＲシステムの下流側でブースタ圧縮機を使用して清浄なシンガス燃料を燃焼タービンに送る。

ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びＣＯＳの捕捉及び除去は、一体形ＣＯ₂／ＡＧＲシステム内に送られるガスの圧力と、そこで循環される溶媒の量との関数である。従って、多くの公知の低圧ガス化システムにおいて、未処理のシンガスからのＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びＣＯＳの捕捉及び除去の効果及び効率の改善は、溶媒流量の増大及び／又はガス化圧力の増大に限定されることが多い。しかしながら、溶媒流量が増大すると、補助的な電力負荷及びこれに伴う運用コストが増大する。その上、ガス化装置の作動圧力が増大すると、例えば、露点状態での酸性環境に対するガス化装置の耐性を高めるためにガス化装置内部でのクラッディングに対する高性能耐食性金属の設置など、ガス化装置の製作に用いられる材料コストが増大する結果となる可能性がある。また、ガス化装置の圧力増大は、ガス化プロセス全体にわたって液体及びガスを送るための圧力要件が高くなることに起因して、補助的な電力コストが増大する可能性がある。加えて、このような高圧のガス化装置への改造は、ロックホッパーの使用により課せられる可能性があるフィードシステム内での制約に起因して、作動圧力が制限されるガス化システムが利用可能ではない場合がある。

米国特許第７１５８４３４号明細書

１つの態様において、ガスストリームからガス状副生成物を除去する方法が提供される。本方法は、ガス状副生成物を含むガスストリームを少なくとも１つの部分燃焼装置を介して生成する段階を含む。本方法はまた、少なくとも１つの部分燃焼装置からのガスストリームを、ガスストリームの圧力を増大させるよう構成された流体圧縮装置に送る段階を含む。本方法は更に、ガスストリームをガス状副生成物除去システムに送り、溶媒を用いてガスストリームからガス状副生成物の少なくとも一部を吸収する段階を含む。本方法はまた、ガス状副生成物除去システムからガス状副生成物の少なくとも一部を排出する段階を含む。

別の態様において、ガス化施設における電力消費量を低減する方法が提供される。本方法は、ガス状副生成物を含むガスストリームを生成するガス化反応炉とガス状副生成物除去システムを流れ連通して結合する段階を含む。本方法はまた、圧力増大装置をガス化反応炉とガス状副生成物除去システムとの間で流れ連通して結合させる段階を含む。本方法は更に、ガス化反応炉からのガスストリームを圧力増大装置に送り、ガスストリームの圧力の増大を促進し、ガス状副生成物の分圧の増大を促進させる段階を含む。

更に別の態様において、ガス化施設が提供される。ガス化施設は炭素質燃料源を含む。施設はまた反応物質源を含む。施設は更に、炭素質燃料源及び反応物質源と流れ連通して結合されたガス化反応炉を含む。施設はまた、ガス化反応炉から下流側で流れ連通して結合された少なくとも１つの圧力増大装置を含む。施設は更に、少なくとも１つの圧力増大装置から下流側で流れ連通して結合されたガス状副生成物除去システムを含む。

本明細書に記載される実施形態は、添付図面と共に以下の説明を参照することによってより深く理解することができる。

例示的な統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント／化学製品製造プラントの概略図。 図１に示すＩＧＣＣ発電プラント／化学製品製造プラントと共に用いることができるガス化システムの一部、並びにそこに結合された例示的なブースタポンプの概略図。 図２に示すガス化システムと共に用いられるガスストリームからガス状副生成物を除去するのに用いることができる例示的な方法のフロー図。 図１に示すＩＧＣＣ発電プラント／化学製品製造プラントのようなガス化施設における電力使用量を低減する例示的な方法のフロー図。

図１は、酸性ガス除去システムを用いる例示的な施設、具体的にはガス化施設の概略図であり、より具体的には、例示的な統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント／化学製品製造プラント１００（本明細書ではＩＧＣＣ／化学プラント１００と呼ばれる）の概略図である。或いは、本明細書で説明される方法及び装置は、限定ではないが、独立した燃焼施設及び化学製品製造施設を含む、あらゆる好適な構成のあらゆる施設で用いることができる。ＩＧＣＣ／化学プラント１００は、図示しているもの以外の多数の他要素を含むことができる点は理解されたい。

例示的な実施形態において、ＩＧＣＣ／化学プラント１００は、ガスタービン１１４を備えたガスタービンエンジン組立体１１０を含む。ガスタービン１１４は、第１のロータ１２０を介して第１の発電機１１８に回転可能に結合される。ガスタービン１１４は、少なくとも１つの燃料源及び少なくとも１つの空気源（いずれも図示せず）と流れ連通して結合され、燃料源及び空気源それぞれから燃料及び空気を受け取るよう構成される。ガスタービン組立体１１０は、空気及び燃料を混合し、高温燃焼ガス（図示せず）を生成して、燃焼ガス内の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。回転エネルギーは、第１のロータ１２０を介して第１の発電機１１８に伝達され、ここで第１の発電機１１８は、回転エネルギーを電気エネルギー（図示せず）に変換し、限定ではないが、電力網（図示せず）のような少なくとも１つの負荷に伝達するようにする。

例示的な実施形態において、ＩＧＣＣ／化学プラント１００はまた、蒸気タービンエンジン組立体１３０を含む。例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン組立体１３０は、第２のロータ１３６を介して第２の発電機１３４に回転可能に結合された蒸気タービン１３２を含む。加えて、ＩＧＣＣ／化学プラント１００はまた、蒸気発生システム１４０を含む。例示的な実施形態において、蒸気発生システム１４０は、少なくとも１つの熱ボイラー給水導管を介して少なくとも１つの熱伝達装置１４４と流れ連通して結合される少なくとも１つの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１４２を含む。ＨＲＳＧ１４２は、導管１４６を介して熱伝達装置１４４からボイラー給水（図示せず）を受け取り、ボイラー給水を加熱して蒸気に変えるのを促進する。熱伝達装置１４４自体において追加の蒸気を発生させ、ＨＲＳＧ１４２に供給することができる。ＨＲＳＧ１４２はまた、排出ガス導管１４８を介してガスタービン１１４から排出ガス（図示せず）を受け取り、ボイラー給水を更に加熱して蒸気に変える。ＨＲＳＧ１４２は、蒸気導管１５０を介して蒸気タービン１３２と流れ連通して結合される。燃焼ガスは、ＨＲＳＧ１４２からスタックガス導管１５２を介して大気に排出される。

導管１５０は、ＨＲＳＧ１４２からの蒸気（図示せず）を蒸気タービン１３２に送る。蒸気タービン１３２は、ＨＲＳＧ１４２から蒸気を受け取り、蒸気中の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。回転エネルギーは、第２のロータ１３６を介して第２の発電機１３４に伝達され、ここで第２の発電機１３４は、回転エネルギーを電気エネルギー（図示せず）に変換し、限定ではないが、電力網を含む少なくとも１つの負荷に伝達するようにする。蒸気は、凝縮導管（図示せず）を介してボイラー給水として凝縮されて戻される。

ＩＧＣＣ／化学プラント１００はまた、ガス化システム２００を含む。例示的な実施形態において、ガス化システム２００は、空気導管２０４を介して空気源（図示せず）と流れ連通して結合された少なくとも１つの酸素源２０２を含む。このような空気源は、限定ではないが、専用の空気圧縮機、加圧空気貯蔵ユニット、及び大気中空気を含む。少なくとも一部の実施形態において、酸素源２０２は、他の空気構成成分から酸素を分離し、ガス化システム２００を通じて実質的に酸素を送る空気分離ユニットである。このような実施形態において、空気分離ユニットは、空気を酸素（Ｏ₂）、窒素（Ｎ₂）、及び他の成分（何れも図示せず）に分離し、ここで酸素源２０２から送られるＯ₂は、反応物質である。他の成分はガスストリーム中に保留される。Ｎ₂は、燃焼制御のためにＮ₂導管２０６を介してガスタービンに送られるか、又は大気に放出される。

他の実施形態では、酸素源２０２は、他の空気の構成成分に比べて酸素の分圧を高める酸素富化空気設備である。更なる実施形態では、酸素源２０２は、単にガス化システム２００を通る空気を吹き込むに過ぎない。本明細書では、酸素源２０２は、酸素ストリームを送給するものとして記載され、酸素（Ｏ₂）ストリームは、実質的に酸素、酸素富化空気、又は空気の形態とすることができる。

ガス化システム２００は、酸素源２０２と流れ連通して結合され、また、反応物質、すなわちＯ₂導管２１０を介して酸素源２０２から送られたＯ₂を受け取るガス化装置２０８を含む。ガス化システム２００はまた、燃料供給ユニット２１１を含む。例示的な実施形態において、燃料供給ユニット２１１は、石炭粉砕及びスラリー化ユニットである。燃料供給ユニット２１１は、限定ではないが、石炭供給導管２１２を介して石炭源を含む炭素質燃料源（図示せず）と流れ連通して結合される。燃料供給ユニット２１１はまた、水源（図示せず）と流れ連通して結合され、該水源は、水供給導管２１３と流れ連通して結合される。燃料供給ユニット２１１は、石炭と水を混合して石炭スラリーストリーム（図示せず）の形態で石炭燃料ストリームを形成し、これが石炭導管２１４を介してガス化装置２０８に送られる。代替の実施形態において、燃料供給ユニット２１１はまた、石炭供給導管２１２を介して炭素質燃料源と流れ連通して結合されるが、しかしながら、燃料供給ユニット２１１は乾燥石炭補給ユニットであり、石炭キャリアガスは、石炭導管２１４を介して石炭を送るための輸送媒体として使用される。本明細書では、用語「石炭燃料ストリーム」は、石炭スラリー、又は乾燥石炭／キャリアガスストリームの何れかを同義的に説明するのに使用される。

ガス化装置２０８は、導管２１４及び２１０それぞれを介して、石炭燃料ストリーム及びＯ₂ストリームを受け取る。ガス化装置２０８は、噴射された石炭燃料及びＯ₂ストリームをそこで混合し少なくとも部分的に燃焼させるのに十分な噴射装置及び部分燃焼装置（何れも図示せず）を含む。ガス化装置２０８は、高温の未処理のシンガスストリーム（図示せず）を製造するのを促進する。未処理シンガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）など、ガス状副生成物及び不純物を含む。ＣＯ₂、ＣＯＳ及びＨ₂Ｓは通常、本明細書では、未処理シンガスの酸性ガス又は酸性ガス成分と総称され、ＣＯ₂（及びある程度のＨ₂Ｓ）は、残りの酸性ガス成分とは別個に検討する。更に、ガス化装置２０８はまた、シンガス製造の副生成物として石炭からの灰分及び更に少量の炭素から構成されるスラグストリーム（図示せず）を生成する。スラグストリームは、高温スラグストリーム導管２１６を介してスラグ処理ユニット２１５に送られる。スラグ処理ユニット２１５は、スラグをクエンチして小スラグ片に細分化し、ここでスラグ除去ストリーム（図示せず）が生成され、スラグ導管２１７を通って送られる。

ガス化装置２０８は、高温未処理シンガス導管２１８を介して熱伝達装置１４４と流れ連通して結合される。或いは、熱伝達装置１４４の代わりに、限定ではないが、水クエンチユニット、ガスクエンチユニット、又は化学物質クエンチユニットを含むクエンチユニットを用いることもできる。熱伝達装置１４４は、高温未処理シンガスストリームを受け取り、熱の少なくとも一部を蒸気の形態で導管１４６及び１５０を介して蒸気タービン１３２に伝達する。続いて、熱伝達装置１４４は、冷却した未処理シンガスストリーム（図示せず）を生成し、これが冷却未処理シンガス導管２１９を介して洗浄装置及び低温ガス冷却（ＬＴＧＣ）ユニット２２１に送られる。ＬＴＧＣユニットは、未処理シンガスストリーム内に同伴された粒子状物質を除去し、また、飛灰導管２２２を介した廃水システム（図示せず）中のこのような粒子状物質を除去する。ＬＴＧＣユニット２２１は更に、未処理シンガスストリームを冷却する。その上、ＬＴＧＣユニット２２１は、未処理シンガスストリーム中のＣＯＳの少なくとも一部を加水分解によりＨ₂ＳとＣＯ₂に転化する。

ガス化システム２００はまた、ガス状副生成物除去システム、すなわち酸性ガス除去（ＡＧＲ）システム３００を含み、該システム３００は、ＬＴＧＣユニット２１１と流れ連通して結合され、また、未処理シンガス導管２２０を介して冷却未処理シンガスストリームを受け取る。ＡＧＲシステム３００はまた、限定ではないが、アミン及びポリエチレン・グリコールのジメチルエーテル（ＤＥＰＧ）など、低温化学物質及び物理溶媒（図示せず）を未処理シンガスに直接的に接触させることにより、未処理シンガスストリームから硫黄含有成分の少なくとも一部、詳細にはＨ₂Ｓ（図示せず）の除去を促進する。ＡＧＲシステム３００は、未処理シンガスの溶媒との直接接触により、合成ガスからのＣＯ₂の除去を促進する。例示的な実施形態において、ＣＯ₂導管２２４は、ガス化装置２０８と流れ連通して結合されてガス化を促進する。或いは、導管２２４は、限定ではないが、隔離システムを含む、本明細書で説明されるシステム２００の作動を可能にする他の何れかのシステムと流れ連通して結合される。その上、一部の実施形態において、ＡＧＲシステム３００は、導管２２３を介して硫黄低減システム４００と流れ連通して結合されて、ＡＧＲシステム３００においてシンガスから除去されたＨ₂Ｓを処理し、これを元素硫黄（図示せず）に転化する。ＬＴＧＣユニット２２１は、提案されているプロセスに必須の前駆ユニットではなく、すなわち、代替として、ＬＴＧＣユニット２２１なしで種々の高温酸性ガス除去方式を機能させることができ、或いは、ＬＴＧＣユニット２２１の前に酸性ガス除去を行うことができる点は理解されたい。

作動時には、酸素源２０２は、Ｏ₂導管２１０を介してＯ₂をガス化装置２０８に送る。また、作動時には、燃料供給ユニット２１１は、導管２１２及び２１３それぞれを介して乾燥石炭及び水又はキャリアガスを受け取って石炭燃料ストリームを形成し、石炭導管２１４を介して該石炭燃料ストリームをガス化装置２０８に送る。

ガス化装置２０８は、Ｏ₂導管２１０を介してＯ₂を受け取り、石炭導管２１４を介して石炭を受け取る。ガス化装置２０８は、高温の未処理シンガスストリームの製造を促進し、これを高温シンガス導管２１８を介して熱伝達装置１４４に送る。ガス化装置２０８において形成されるスラグ副生成物は、スラグ処理ユニット２１５並びに導管２１６及び２１７を介して除去される。熱伝達装置１４４は、高温未処理シンガスストリームの冷却を促進して冷却された未処理シンガスストリームを生成し、これを導管２１９を介して洗浄装置及びＬＴＧＣユニット２２１に送って、飛灰導管２２２を介してシンガスから粒子状物質が除去されるようにし、該シンガスは更に冷却され、ＣＯＳの少なくとも一部が加水分解によりＨ₂Ｓ及びＣＯ₂に転化される。低温の未処理シンガスストリームは、ＡＧＲシステム３００に送られ、ここで酸性ガス成分が実質的に除去され、清浄なシンガスストリームが形成されて清浄シンガスストリーム導管２２８を介してガスタービン１１４に送られ、ＣＯ₂の少なくとも一部がＡＧＲシステム３００から導管２２４を介して送られる。

更に、作動中、ガスタービン１１４は、導管２０６及び２２８それぞれを介してＮ₂及び清浄なシンガスを受け取る。ガスタービン１１４は、シンガス燃料を燃焼させて高温燃焼ガスを生成し、該高温燃焼ガスを送ってガスタービン１１４の回転を引き起こし、その後、第１のロータ１２０を介して第１の発電機１１８を回転させる。一部の実施形態において、ガス化反応炉２０８により生成され且つシンガス内に含まれるＣＯ及びＨ₂の少なくとも一部が除去され、メタン生成システム（図示せず）に送られる。

熱伝達装置１４４及びＬＴＧＣユニット２２１を介して高温シンガスから除去された熱の少なくとも一部は、導管１４６を介して蒸気としてＨＲＳＧ１４２に送られ、ここで蒸気が熱により過熱される。蒸気は、蒸気導管１５０を介して蒸気タービン１３２に送られ、蒸気タービン１３２の回転が引き起こされる。タービン１３２は、第２の発電機１３４を回転させる。

ＩＧＣＣ／化学プラント１００はまた、化学製品製造プラント４５０を含む。例示的な実施形態において、化学製品製造プラント４５０は、清浄シンガス導管４５４を介して少なくとも１つの化学製造炉４５２を含む。化学製品製造プラント４５０は、限定ではないが、代替天然ガス（ＳＮＧ）又はその派生物、元素水素、尿素、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ液、及び酢酸を含む、あらゆる化学物質及び化学成分を生成する。

図２は、ガス化システム２００の一部及びこれに結合された例示的なブースタ圧縮機５００の概略図である。ブースタ圧縮機５００は、ブースタ圧縮機入口導管２２０Ａを介してＬＴＧＣユニット２２１と流れ連通して結合される。また、ブースタ圧縮機５００は、ブースタ圧縮機出口導管２２０Ｂを介して酸性ガス除去システム３００と流れ連通して結合される。例示的な実施形態において、ブースタ圧縮機５００は、洗浄装置及びＬＴＧＣユニット２２１から酸性ガス除去システム３００に送られる冷却未処理シンガスストリーム（図示せず）の圧力を高める圧力増大／流体圧縮装置である。

例示的な実施形態において、ガス化反応炉２０８は、およそ１０１キロパスカル（ｋＰａ）（１４．７ポンド毎平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ））とおよそ４，１３７ｋＰａ（６００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲内で高温未処理シンガスストリームを生成する。高温未処理シンガスストリームは、ＬＴＧＣユニット２２１に送られる。更に、例示的な実施形態において、ＬＴＧＣユニット２２１は、冷却未処理シンガスストリームを生成し、該ストリームをおよそ２，０６８ｋＰａ（３００ｐｓｉａ）とおよそ３，４４７ｋＰａ（５００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲でブースタ圧縮機５００に送る。その上、例示的な実施形態において、冷却未処理シンガスストリームは、およそ２，０６８ｋＰａ（３００ｐｓｉａ）とおよそ３，１０３ｋＰａ（４５０ｐｓｉａ）との間の圧力範囲から、およそ８５０ｋＰａ（５，８６１ｐｓｉａ）とおよそ６，８９５ｋＰａ（１０００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲までブースタ圧縮機５００により圧力が増大される。加圧されたガスストリームはＡＧＲシステム３００に送られ、ガス状副生成物がＡＧＲシステム３００において溶媒と接触し、他方、ガスストリーム内のガス状副生成物は、およそ８５０ｋＰａ（５，８６１ｐｓｉａ）とおよそ６，８９５ｋＰａ（１０００ｐｓｉａ）との間の圧力範囲内にある。或いは、ガス化システム２００のあらゆる部分において、本明細書で説明されるようにガス化システム２００及びＩＧＣＣ／化学プラント１００の作動を可能にするあらゆる圧力範囲を用いてもよい。

例示的な実施形態において、ＡＧＲシステム３００に送られる前に冷却未処理シンガスの圧力を増大させることにより、シンガスから除去するのが望ましいガス状副生成物、例えば、限定ではないがＣＯ₂及びＨ₂Ｓの分圧の増大が促進される。ＣＯ₂及びＨ₂Ｓの分圧の増大により、溶媒との物理的接触によるこれらのガスの吸収が促進される。従って、シンガス中のＣＯ₂及びＨ₂Ｓの所与の濃度において、より少ない溶媒をＡＧＲシステム３００内に循環させてこれらのガス状副生成物を除去することができ、また、溶媒を循環させるのに使用する電力を低減することができ、これにより、溶媒循環に伴う補助電力使用量をおよそ１０％から１５％低減することができる。補助電力使用量の低減により、ＩＧＣＣ／化学プラント１００及びガス化システム２００に付随する運転コストの低減、並びにその動作効率の増大が促進される。このような補助電力使用量の低減はまた、限定ではないが、メタン生成を含む化学工場、及びＣＯ２が全く又はほとんど無い非酸性シンガスを生成する尿素プラント／システムなど、ＩＧＣＣ以外のガス化施設で達成することができる。

その上、例示的な実施形態において、ガス化システム２００では、ＡＧＲシステム３００から下流側で更なるＣＯ２の圧縮が低減可能となり、一部の実施形態では排除することができ、これにより補助電力使用量の更なる低減が促進される。更に、例示的な実施形態において、電気モータ駆動再生冷媒圧縮機を駆動するための補助電力の使用量がおよそ４０％から４５％低減される。また、希薄溶媒の在庫が低減され、これにより在庫保守管理に付随する運用コストを低減することができる。更にまた、例示的な実施形態において、ＡＧＲシステム３００から、限定ではないがガスタービンエンジン１１４（図１に示す）及び／又はメタン生成システム（図示せず）を含む下流側の装置及びシステムへの清浄シンガス（図示せず）の追加の圧縮が低減され、これにより補助電力使用量の追加の低減が促進される。

一部の実施形態において、複数の装置の少なくとも１つを利用してブースタ圧縮機５００を駆動することができる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、ブースタ圧縮機５００は、ＡＧＲシステム３００と流れ連通して結合されたタービンエキスパンダ５０４に回転結合されるプライムムーバ５０２によって駆動される。このような１つの実施形態において、加圧されたガス状副生成物リッチ溶媒（図示せず）がＡＧＲシステム３００から導管５０６を介してタービンエキスパンダ５０４に送られる。加圧されたガス状副生成物リッチ溶媒は、圧力が低減されて膨張され、これによりタービンエキスパンダ５０４が駆動され、同様にプライムムーバ５０２が駆動される。

別の実施形態において、ブースタ圧縮機５００は、タービンエキスパンダ５１４に回転可能に結合されるプライムムーバ５１２によって駆動され、該タービンエキスパンダ５１４は、ＡＧＲシステム３００と流れ連通して結合される。この実施形態において、加圧ＣＯ₂ストリーム（図示せず）は、ＡＧＲシステム３００から導管５１６を介してタービンエキスパンダ５１４に送られる。加圧ＣＯ₂ストリームは、圧力が低減されて膨張され、これによりタービンエキスパンダ５１４が駆動され、同様にプライムムーバ５１２が駆動される。

別の実施形態において、ブースタ圧縮機５００は、蒸気タービン５２４に回転可能に結合されたプライムムーバ５２２によって駆動され、該蒸気タービン５２４は、ＬＴＧＣユニット２２１と流れ連通して結合される。このような１つの実施形態において、ＬＴＧＣユニット２２１内で生成される加圧ストリーム（図示せず）は、ＬＴＧＣユニット２２１から導管５２６を通って蒸気タービン５２４に送られる。加圧蒸気は、圧力が低減されて膨張され、これにより蒸気タービン５２４が駆動され、同様にプライムムーバ５２２が駆動される。或いは、蒸気は、限定ではないが、メタン生成システム、ガスシフト装置／反応炉、ＨＲＳＧ１４２、及び補助ボイラーを含む、本明細書で説明されるブースタ圧縮機５００の作動を可能にするあらゆる供給源から生成することができる。

これらの実施形態において、他の場合では取り込まれることのない流体における熱エネルギー及び／又はポテンシャルエネルギーすなわち圧力が、ブースタ圧縮機５００を駆動するのに使用され、これにより補助電力使用量の低減、並びにＩＧＣＣ／化学プラント１００及びガス化システム２００の作動効率の向上が更に促進され、これによって関連の運用コストの低減が促進される。

１つの実施形態において、ブースタ圧縮機５００は、電気駆動装置５３４に回転可能に結合されるプライムムーバ５３２によって駆動される。このような１つの実施形態において、電気駆動装置５３４は、限定ではないが、定速モータ及び可変速駆動（ＶＳＤ）ユニットを含むことができる。このような実施形態において、補助電力の使用量の低減は、ＶＳＤユニットを用いることによって達成することができ、ここでＶＳＤユニットは、ブースタ圧縮機５００の既存の負荷運転に必要な補助電力量だけを使用するようプログラムされている。また、この実施形態において、商業的に利用可能な効率特徴要素を備えた定速モータはまた、ブースタ圧縮機５００を駆動するのに使用される補助電力を低減する。このような実施形態において、補助電力使用量の増大よりも、溶媒の循環、電気モータ駆動再生冷媒圧縮機の駆動、ＡＧＲシステム３００の下流側でのＣＯ₂の更なる圧縮、及び／又はＡＧＲシステム３００から送られる清浄シンガスの更なる圧縮を行うのに使用される電力の低減に伴う補助電力使用量の低減の方がより大きくなる。

ガス化システム２００の例示的な実施形態において、ガス化システム２００内のＡＧＲシステム３００の上流側に位置付けられるブースタ圧縮機５００は、関連のＣＯ₂／ＡＧＲシステムの下流側でブースタ圧縮機を使用する既知のガス化システムよりも優れたＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳの捕捉及び除去の改善を促進する。ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳの捕捉及び除去は、少なくとも部分的には、ＡＧＲシステム３００に送られるガスの圧力及びそこで循環される溶媒の量の関数である。従って、ガス化システム２００の例示的な実施形態において、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳの分圧は、ブースタ圧縮機出口導管２２０Ｂを介したＡＧＲシステム３００へ送られる未処理シンガスストリームの圧力増大に起因して増大する。圧力増大に起因したＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳの捕捉及び除去の効果及び効率の改善は、未処理シンガスストリームからＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳを除去するためＡＧＲシステム３００を通って流れる溶媒の低減を促進する。ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳの捕捉及び除去の効果及び効率の改善は、ガス化反応炉２０８に対する大幅な及び高コストな材料性能向上を必要とせず、従って、既存の施設の改造が可能になる。その上、溶媒流の低減により、補助電力負荷及び関連の運用コストが低減される。

図３は、ガス化システム２００（図２）と共に用いることができる、ガスストリームからのガス状副生成物の除去に用いるための例示的な方法６００のフロー図である。例示的な実施形態において、ガス化反応炉２０８（図１及び２に示す）のような少なくとも１つの部分燃焼装置によるガス状副生成物を含むガスストリームを生成する（６０２）。また、例示的な実施形態において、ガス化反応炉２０８から、ガスストリームの圧力を増大させるブースタ圧縮機５００（図２に示す）のような流体圧縮装置にガスストリームを送る（６０４）。更に、例示的な実施形態において、ＡＧＲシステム３００（図１及び２に示す）のようなガス状副生成物除去システムにガスストリームを送り（６０６）、溶媒を用いてガスストリームからガス状副生成物の少なくとも一部を吸収する。更に、例示的な実施形態において、ＡＧＲシステム３００からガス状副生成物の少なくとも一部を排出する（６０８）。

図４は、ＩＧＣＣ発電プラント／化学製品製造プラント１００（図１に示す）の電力消費量を低減するのに用いる例示的な方法７００のフロー図である。例示的な実施形態において、ＡＧＲシステム３００（図１及び２に示す）のようなガス状副生成物除去システムを、ガス状副生成物を含むガスストリームを生成するガス化反応炉２０８（図１及び２に示す）と流れ連通して結合させる（７０２）。また、例示的な実施形態において、ブースタ圧縮機５００（図２に示す）のような圧力増大装置を、ガス化反応炉２０８とＡＧＲシステム３００との間で流れ連通して結合させる（７０４）。更に、例示的な実施形態において、ガス化反応炉２０８からのガスストリームをブースタ圧縮機５００に送り、ガスストリームの圧力の増大を促進し、ガス状副生成物の分圧の増大を促進させる（７０６）。

ここで提供される実施形態は、酸性ガス除去（ＡＧＲ）システムに送られる望ましくないガス状副生成物と共にガス化反応炉において生成されるシンガスの圧力を増大させることにより、ガス化施設の運転が向上する。シンガスの圧力の増大により、シンガス中のガス状副生成物の分圧の増大が促進され、所与のシンガス出力に対する補助電力使用量の低減が促進される。補助電力使用量の低減により、ガス化施設の運転効率の増大が促進され、従って、関連する運転コスト及び製造コストが低減される。ガス化施設による補助電力の使用量に関する全体的な低減は、２０％から３０％の範囲で実現することができる。

本明細書では、ガス化施設の運転を向上させる方法及び装置の例示的な実施形態が記載される。具体的には、ブースタ圧縮機をＡＧＲシステムの前に位置付けることによって、ガス化反応炉において望ましくないガス状副生成物を備えて生成されるシンガスの圧力の増大が促進される。より具体的には、ブースタ圧縮機は、ガス状副生成物の分圧を増大させ、ＡＧＲシステムにおいて溶媒と接触したときの除去がより効果的で効率的になる。また、より具体的には、ＡＧＲシステムの作動がより効率的になることで、溶媒の循環、電気モータ駆動再生冷媒圧縮機の駆動、ＡＧＲシステムの下流側でのＣＯ₂、ＣＯ、及びＨ₂の更なる圧縮、及び／又はＡＧＲシステムから送られる清浄シンガスの更なる圧縮を行うのに使用される電力の低減に伴う補助電力使用量の低減が促進される。このような補助電力使用量の低減は、ガス化施設の作動効率の向上を促進し、これにより関連の運転及び製造コストが低減される。

本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で説明された特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、各システムの構成要素及び／又は各方法のステップは、本明細書で説明された他の構成要素及び／又はステップと独立して別個に使用及び／又は実施することができる。加えて、各構成要素及び／又はステップはまた、他の組立体及び方法と共に使用し及び／又は実施することができる。

種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。

１００ 統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント及び化学製品処理プラント（ガス化施設）
１１０ ガスタービンエンジン組立体
１１４ ガスタービン
１１８ 第１の発電機
１２０ 第１のロータ
１３０ 蒸気タービンエンジン組立体
１３２ タービン
１３４ 第２の発電機
１３６ 第２のロータ
１４０ 蒸気生成システム
１４２ ＨＲＳＧ
１４４ 熱伝達装置
１４６ 加熱ボイラー給水導管
１４８ 排出ガス導管
１５０ 蒸気導管
１５２ スタックガス導管
２００ ガス化システム
２０２ 酸素源
２０４ 空気導管
２０６ 窒素導管
２０８ ガス化反応炉
２１０ Ｏ２導管
２１１ 燃料供給ユニット
２１２ 石炭供給導管
２１３ 水供給導管
２１４ 石炭導管
２１５ スラグ処理ユニット
２１６ 高温スラグ蒸気導管
２１７ スラグ導管
２１８ 高温未処理シンガス導管
２１９ 冷却未処理シンガス導管
２２０ 未処理シンガス導管
２２０Ａ ブースタ圧縮機入口導管
２２０Ｂ ブースタ圧縮機出口導管
２２１ 洗浄装置及びＬＴＧＣユニット
２２２ 飛灰導管
２２３ 導管
２２４ ＣＯ２導管
２２８ 清浄シンガス導管
３００ 酸性ガス除去システム
４００ 硫黄低減システム
４５０ 化学製品製造プラント
４５２ 化学製品製造反応路
４５４ 清浄シンガス導管
５００ ブースタ圧縮機
５０２ プライムムーバ
５０４ タービンエキスパンダ
５０６ 導管
５１２ プライムムーバ
５１４ タービンエキスパンダ
５１６ 導管
５２２ プライムムーバ
５２４ 蒸気タービン
５２６ 導管
５３２ プライムムーバ
５３４ 電動駆動装置
６００ 方法
６０２ 少なくとも１つの部分燃焼装置によるガス状副生成物を含むガスストリームを生成する
６０４ 部分燃焼によりガスストリームを送る
６０６ ガスストリームの圧力を増大させるよう構成された流体圧縮装置に部分燃焼装置からガスストリームを送る
６０８ ガス状副生成物除去システムからガス状副生成物の少なくとも一部を排出する
７００ 方法
７０２ ガス状副生成物を含むガスストリームを生成するガス化反応炉と流れ連通してガス状副生成物除去システムを結合させる
７０４ 圧力増大装置をガス化反応炉とガス状副生成物除去システムとの間で流れ連通して結合させる
７０６ ガス化反応炉からのガスストリームを圧力増大装置に送り、ガスストリームの圧力の増大を促進し、ガス状副生成物の分圧の増大を促進させる

Claims (6)

1. ガスストリームからガス状副生成物を除去する方法であって、
   ガス状副生成物を含むガスストリームを少なくとも１つの部分燃焼装置を介して生成する段階と、
   少なくとも１つの部分燃焼装置から流体圧縮装置へガスストリームを送る段階であって、流体圧縮装置が、少なくとも１つの部分燃焼装置とガス状副生成物除去システムとの間に結合され、流体圧縮装置が、ガスストリームの圧力を２，０６８ｋＰａ（３００ｐｓｉａ）〜３，４４７ｋＰａ（５００ｐｓｉａ）の圧力範囲から５，８６１ｋＰａ（８５０ｐｓｉａ）〜６，８９５ｋＰａ（１０００ｐｓｉａ）の圧力範囲まで増大させる、前記段階と、
   ガスストリームをガス状副生成物除去システムに送り、溶媒を用いてガスストリームからガス状副生成物の少なくとも一部を吸収する段階であって、ガスストリームの圧力の増大が溶媒のガス状副生成物の吸収を増大させ、必要とされる溶媒の量を減少させ、ガス状副生成物除去システムで溶媒を循環させるのに使用する電力を低減する、前記段階と、
   ガス状副生成物除去システムからガス状副生成物の少なくとも一部を排出する段階と、
   を含み、
   流体圧縮装置が、排出された前記ガス状副生成物の少なくとも一部により駆動される流体駆動プライムムーバに結合される、方法。
2. ガスストリームからガス状副生成物を除去する方法であって、
   ガス状副生成物を含むガスストリームを少なくとも１つの部分燃焼装置を介して生成する段階と、
   少なくとも１つの部分燃焼装置から流体圧縮装置へガスストリームを送る段階であって、流体圧縮装置が、少なくとも１つの部分燃焼装置とガス状副生成物除去システムとの間に結合され、流体圧縮装置が、ガスストリームの圧力を増大させる、前記段階と、
   ガスストリームをガス状副生成物除去システムに送り、溶媒を用いてガスストリームからガス状副生成物の少なくとも一部を吸収する段階であって、ガスストリームの圧力の増大が溶媒のガス状副生成物の吸収を増大させ、必要とされる溶媒の量を減少させ、ガス状副生成物除去システムで溶媒を循環させるのに使用する電力を低減す、溶媒に曝されるガスストリームが５，８６１ｋＰａ（８５０ｐｓｉａ）〜６，８９５ｋＰａ（１０００ｐｓｉａ）の圧力範囲を有している、前記段階と、
   ガス状副生成物除去システムからガス状副生成物の少なくとも一部を排出する段階と、
   を含み、
   流体圧縮装置が、排出された前記ガス状副生成物の少なくとも一部により駆動される流体駆動プライムムーバに結合される、方法。
3. 流体圧縮装置が、流体駆動プライムムーバ又は電気駆動プライムムーバに結合され、
   ガスストリームが二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）のいずれかを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. ガスストリームをガス状副生成物除去システムに送ることが、ガスストリーム中のガス状副生成物の分圧を増大させることを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. ガスストリームをガス状副生成物除去システムに送ることが、流体圧縮装置から排出されたガス状副生成物を溶媒に接触させることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 流体圧縮装置が、ブースタ圧縮機（５００）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。