JPH06229257A - 動力発生法 - Google Patents
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- JPH06229257A JPH06229257A JP5280762A JP28076293A JPH06229257A JP H06229257 A JPH06229257 A JP H06229257A JP 5280762 A JP5280762 A JP 5280762A JP 28076293 A JP28076293 A JP 28076293A JP H06229257 A JPH06229257 A JP H06229257A
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Abstract
料、あるいは固体炭素質燃料の水性スラリーとのほぼ純
粋の酸素による部分酸化により高温の生燃料ガスを発生
する。生燃料ガスを浄化し、複数の間接熱交換器により
冷却し、純化して硫黄を含まないきれいな燃料ガスを発
生する。水が前記間接熱交換器の1つにおける冷却剤で
あり、それによりその水は加熱される。乾燥窒素ガスを
温かい水で加湿し、加湿された窒素ガスを燃焼タービン
の燃焼機へ別々に入れる。硫黄を含まないきれいな燃料
ガスを生燃料ガスと共に間接熱交換器へ入れ、膨脹させ
てそれの温度および圧力を下げ、燃焼機へ別々に入れ
て、そこで、水で加湿された窒素ガスの存在する中で空
気で燃焼させる。水で加湿された窒素ガスおよび十分に
減少された量のNOx を含む煙道ガスを発生し、それを
作動流体としてパワー発生膨脹タービンへ送る。それに
より、大気を汚染することなしに出力パワーが増大し、
効率が向上する。
Description
である。燃料ガスと、補充水で加湿した窒素とをガスタ
ービンの燃焼機へ別々に供給し、そこで空気で燃焼さ
せ、水で加湿した窒素ガスと量が十分に減少したNOx
ガスを含む煙道ガスを発生する。その燃料ガスは作動流
体として動力発生膨脹タービンを通される。それにより
大気を汚染することなしに増大した動力が得られ、かつ
効率が向上する。
い、触媒を用いる後続のメタン化過程無しに、炭化水素
の部分酸化により燃料ガスを発生することが米国特許第
3,688,438号に開示されている。この米国特許
に開示されている技術においては、乾燥ベースにおける
モル比(COS/H2 )が最低0.30である燃料ガス
が、CO2 に富んだ温度モデレータの存在の下における
部分酸化により発生される。米国特許第4,075,8
31号に開示されている技術においては、機械的作業を
行わせ、かつ電力を発生させるために、精製され、加湿
された燃料ガスがガスタービンで燃焼される。空気/ス
チームの混合気と燃料が混合されて燃焼させられ、ガス
タービンを駆動する(米国特許第4,537,023
号)。
補充水で加湿した窒素とをガスタービンの燃焼機へ別々
に供給し、そこで空気で燃焼させ、水で加湿した窒素ガ
スと、量が十分に減少したNOx ガスを含む煙道ガスを
発生する、という本発明を従来技術は教示せず、示唆も
していない。更に、乾燥窒素を加湿するために用いられ
る水を、精製する前に生燃料ガスを冷却することによっ
て暖めることは従来技術において教示されていない。本
発明はそれを実現することを課題とする。
程によって、動力と電力の少なくとも一方を発生するこ
とに関するものである。 (1)CO2,H2S,COSより成る群から選択された
少なくとも1つの酸ガスと、H2と、COと、H2Oと、
およびそれらの混合物を含む浄化された生燃料ガスを、
複数の別々の間接熱交換手段内において、複数の別々の
冷媒の流れにより露点以下に冷却し、複数のノックアウ
ト・ドラム内で前記生燃料ガスから凝縮した水を分離し
て、脱水した生燃料ガスを生ずる。前記冷媒の流れの少
なくとも1つの流れは水であって、その水を、前記冷媒
水の温度を低下させる窒素ガス加湿手段と、前記冷媒水
の温度を上昇させて暖かい冷媒水を生じ、かつ生燃料ガ
スの流れの温度を低下させる前記間接熱交換器手段の少
なくとも1つとの間の閉ループ内を循環させる。
°F)の範囲の温度、および約1480〜3549KP
a(200〜500psig)の範囲の圧力の乾燥窒素
ガスを、前記窒素ガス加湿手段内において(1)からの
前記暖かい冷媒水に直接接触させてそれを水で加湿する
と同時に冷媒水を冷却し、冷却された冷媒水を(1)内
の前記間接熱交換手段へ再循環させて前記生燃料ガス流
を生ずる。
を酸ガス除去領域において酸ガス溶剤で浄化することに
より、硫黄含有ガス、および希望によりCO2 を前記燃
料ガスから除去して、硫黄を含まない脱水された燃料ガ
スを生ずる。 (4)(3)からの硫黄を含まない脱水された燃料ガス
流と、(2)からの加湿された窒素ガスの前記流れとを
燃焼領域へ別々に入れ、空気と混合されたものを燃焼し
て煙道ガスを生ずる。 (5)(4)からの煙道ガスを膨脹タービンに通して動
力を発生する。
することの利点は、パワー・ブロック燃焼タービンがよ
り多くのパワーを発生し、より高い効率を持ち、NOx
発生量が少ないことである。効率が向上する理由は、タ
ービンを流れる質量流が、スチーム・タービン・パワー
のほんの僅かな損失で増大するからである。燃焼タービ
ンはより高い周囲温度(32℃)(90°F)において
より多くのパワーを発生する。というのは、冷却流が増
大して、より多くの燃料を燃焼タービンへ供給できるか
らである。燃焼タービンからのNOx 排出量は水で加湿
された窒素の添加により減少する。その理由は、水で加
湿された窒素の添加により炎の温度が低下するからであ
る。
々に供給される窒素を加湿することである。こうするこ
とにより、燃焼機内部の炎の温度はNOx ガスが発生さ
れる温度以下に保たれる。更に、より高い効率でより多
くのパワーが発生されるように、膨脹タービンを通る煙
道ガス作業流体の質量流がより多く存在する。
ビンへの供給原料成分の特性を大きく変更すること無し
に、膨脹タービンのために作業流体において利用できる
不活性ガスの量を増加できるという利点がある。装置へ
供給する必要がある窒素を減少できるから、経済的に非
常に得である。本発明により、燃焼停止の危険を増大す
ること無しに、燃焼タービンのパワー出力を増大または
減少できる。窒素を水で加湿または飽和させるために補
充水を添加することにより、燃焼機へ供給される燃料ガ
スのBTU量または空気供給の量または質をかなり変更
することなしに、燃焼機で利用できる不活性ガスの量を
増加できるという利点が得られる。更に、水で加湿され
た窒素を、空気燃料および空気に対して要求される圧力
より多少低い圧力、たとえば、約274〜446KPa
(25〜50psig)で燃焼機へ供給できる。加湿さ
れた不活性窒素ガスに対する圧力要求がより低いことに
よって2つの利点が得られる。第1に、空気分離装置か
ら得た窒素の圧力を高くするために使用される圧縮機
が、燃料と酸素を供給するために求められる高い圧力よ
り低い圧力までその窒素を加圧するためにより少ないエ
ネルギーを必要とすることである。第2に、窒素ガスを
水で加湿する場合に、同じ重量の窒素へ同じ温度の供給
水を用いてより多量の水分を含ませることができること
である。その理由は、より低い圧力の窒素がより大きい
容積を占める結果、同じ分圧の水でより多くのスチーム
を窒素中に含ませることができるからである。これによ
り、与えられた窒素源から利用できるガスの総量が更に
増加する。これとは逆に、供給される窒素の量を補充す
るH2O として不活性ガスを供給するために、より少な
い窒素を圧縮する必要がある。
接供給される補給窒素と、燃料ガス発生のための部分酸
化ガス発生器へ供給されるほぼ純粋の酸素、たとえば、
95モル%より高い酸素、とが通常の空気分離装置
(A.S.U.)で発生される。典型的な空気分離装置
の詳細についてはカーク=オスマー化学技術百科辞典
(Kirk−Othmer Encyclopedia
of ChemicalTechnology)第3
版7巻229〜231ページ(Jhon Wiley
& Sons)を参照されたい。
置からの、約135〜204℃(275〜400°F)
のような、約38〜316℃(275〜400°F)の
範囲、たとえば、約149℃(300°F)の温度で、
約1997〜2515KPa(275〜350psi
g)のような約1480〜3549KPa(200〜5
00psig)の範囲、たとえば、2101KPa(2
90psig)の圧力の低温の乾燥窒素ガスが暖かい精
製水に接触させられる。水は約121〜232℃(25
0〜450°F)の範囲の温度で加湿器に入り、窒素ガ
ス中で蒸発することにより冷却され、約66〜121℃
(150〜250°F)の範囲の温度で加湿器を出る。
窒素ガス中の含水率は、約10〜25モル%のような約
5〜40モル%の範囲、たとえば、約15モル%であ
る。残りはほぼ窒素を含む。好適な実施例においては、
窒素ガス流は窒素加湿器において水を飽和させられる。
窒素加湿器の底からの冷却された水は、部分酸化ガス発
生器において以前に発生されて、約982〜1649℃
(1800〜3000°F)の範囲の温度の高温の生燃
料ガスの流れを冷却するために用いられる一連の熱交換
器の1つを通って再加熱され、窒素加湿器へリサイクル
される。それにより生燃料ガスは、酸ガス回収装置へ送
られる途中で部分的に冷却されるから有利である。その
酸ガス回収装置は、酸ガス溶剤に応じて、約−40〜1
49℃(−40〜300°F)の範囲の温度で運転でき
る。
°F)のような、約104〜218℃(220〜425
°F)の範囲の温度、および約1928KPa(265
psig)のような約1480〜2170KPa(20
0〜300psig)の範囲の圧力で燃焼タービンの燃
焼機へ別々に入れられる。希望によっては、水で加湿さ
れる窒素を高温の流れ、たとえば、スチーム、または部
分酸化ガス発生器において発生された高温の生燃料ガス
との間接熱交換により予熱することもできる。約399
℃(750°F)のような、約38〜316℃(275
〜400°F)の範囲の温度で、約1653〜2342
KPa(225〜325psig)の範囲の圧力の空気
を燃焼機へ別々に入れる。下流側で発生された硫黄を含
まない清浄な燃料ガスを、約149〜260℃(300
〜500°F)のような、約121〜427℃(250
〜800°F)の範囲の温度で、約1653〜2342
KPa(225〜325psig)の範囲の圧力で燃焼
機へ別々に入れる。燃焼機内の水で加湿された窒素ガス
と硫黄を含まない清浄な燃料ガスとの体積比は約0.7
〜1.3の範囲のような約0.5〜2.0の範囲、たと
えば、約1である。完全燃焼は燃焼機内で、約1260
℃(2300°F)のような、約982〜1427℃
(1800〜2600°F)の範囲の温度で、約161
8KPa(220psig)のような約1308〜18
25KPa(175〜250psig)の範囲の圧力で
起きる。NOx ガスはほとんど発生されない。ここにx
は約1〜3の範囲の整数である。定義により、「ほとん
ど・・・ない」および「十分に減少された量のNOx ガ
ス」という用語は、約16〜10ppm(100万分の
1)の範囲のような、20ppm以下、たとえば、10
ppmまたはそれ以下を意味する。また、たとえば「A
とBの少なくとも一方」という用語はAまたはBのいず
れか、あるいはAとBの両方を意味する。
い。燃焼機を出る煙道ガスの流れが作動流体として、パ
ワー発生膨脹タービンを通される。たとえば、少なくと
も1台の発電機と少なくとも1台のターボ圧縮機が変速
駆動機を介して膨脹タービンの軸へ連結される。水で加
湿された窒素ガスの補充量を煙道ガスへ添加すると煙道
ガスの質量流が増大する。約649〜427℃(120
0〜800°F)の範囲の温度で膨脹タービンを出る煙
道ガス中の熱は通常の熱回収スチーム発生器(HRS
G)において回収される。それから、冷却された無毒の
煙道ガスを環境を汚染しないスタック・ガスとして放出
できる。
よるパワー・コゼネレーション機能を含む。ボイラ給水
をHRSG内のコイル中を流して膨脹した煙道ガスと直
接熱交換する。約669〜13891KPa(1000
〜2000psig)の範囲の圧力のスチームが発生さ
れて、作動流体として膨脹タービンを通される。膨脹タ
ービンは圧縮機、ポンプ、または発電機のような回転機
械装置または回転電気装置を駆動する。消費されて湿っ
たスチームを凝縮器に入れられて完全に凝縮する。任意
のボイラ補給水に混合された復水はポンプにより連続す
る2台の熱交換器を通じてHRSGへ送り返す。たとえ
ば、第1の熱交換器においては、復水を、生燃料ガス洗
浄器からの黒水蒸気との間接熱交換により、約49〜1
04℃(120〜220°F)の温度まで予熱できる。
第2の熱交換器においては、ここではボイラ補給水(B
FW)とも呼ぶ復水を、この方法で発生し、酸ガス回収
装置へ送られる途中である前記生燃料ガス流との間接熱
交換により約66〜149℃(150〜300°F)の
温度まで予熱できる。
の炭化水素燃料、または固体炭化水素燃料の水性スラリ
ーの部分酸化によって高温の生燃料ガスを発生する。部
分酸化ガス化装置からの高温の生燃料ガスを水洗いし
て、混入している粒子状物質および媒を除去してから、
直列の複数の間接熱交換器に通して生ガス流を露点以下
まで冷却し、脱水し、酸ガス回収装置で処理して硫黄含
有ガス、および希望によってはCO2 を除去する。それ
から、硫黄を含有しない浄化されたガスを先に述べたよ
うに燃焼タービンの燃焼機へ別々に入れる。生燃料ガス
を発生するための部分酸化反応は周知であって、自由流
アンパックド(free−flow unpacke
d)無触媒ガス発生器の耐火材を内張りされた反応領域
において起きる。このガス発生器は、米国特許第4,5
25,176号の図面に示され、かつ明細書に記載され
ているように、垂直の鋼製圧力容器で構成することが好
ましい。
生器内で、希望によっては温度モデレータ・ガスを存在
させて、酸素と反応させて生燃料ガスを発生することが
できる。部分酸化ガス発生器へ供給する種々の適当な供
給原料を記述するためにここで使用する炭化水素ガスと
いう用語は、気体状炭化水素物質と液体状炭化水素物質
の少なくとも一方を含むことを意図するものである。実
際に、ほぼ任意の炭素含有可燃性有機物質、またはその
スラリーを用語「炭化水素」の定義に含めることができ
る。適当な液体炭化水素供給原料には液化石油ガス、石
油留出物および残滓、ガソリン、ナフサ、灯油、原油、
アスファルト、残油、タールサンド油および冥岩油、石
炭油、芳香族炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、留分のような)、コールタール、流体−触媒−分解
蒸留操作からのサイクルガス油、コースク器ガスオイル
のフルフラン抽出液、およびそれらの混合物が含まれ
る。適当な気体状炭化水素燃料はメタン、エタン、プロ
パン、ブタン、ペンタン、天然ガス、水性ガス、コーク
ス炉ガス、製油所ガス、アセチレン・テールガス・エチ
レン廃ガス、合成ガス、およびそれらの混合物を含む。
気体供給原料と液体供給原料は混合して同時に使用でき
る。それらの気体供給原料と液体供給原料にはパラフィ
ン系化合物、オレフィン系化合物、ナフサ系化合物、芳
香族系化合物が任意の割合で含まれる。
物、セルローズ物質、アルデヒド、有機酸、アルコー
ル、ケトン、酸素化された燃料油、廃液、および酸素化
された炭化水素有機物を含む化学プロセスからの副生
物、およびそれの混合物も含まれる。
用する固体炭素質燃料という用語は、(1)石炭、粒子
状炭素、石油コークス、濃縮した下水スラッジ、寸断し
たゴムタイヤおよびプラスチック、およびそれらの合成
物のような固体炭素質燃料のポンプ送り可能なスラリー
と、(2)微細に粉砕されて温度緩和ガスまたは気体状
炭化水素中に分散された固体炭素質燃料のようなガス−
固体サスペンションと、(3)微粒子状にされた液体炭
化水素または水および温度モデレータ・ガス中に分散さ
れた炭素粒子のような気体−液体−固体分散を含むこと
を意図するものである。炭化水素および炭素質燃料の硫
黄含有率は約0〜10重量%の範囲、灰分は約0〜15
重量%の範囲である。本発明の方法は硫黄含有燃料にと
くに適する。好適な実施例により硫黄含有ガス、たとえ
ば、H2S およびCOS、および希望によりCO2 を生
燃料ガス流から除去できる。
制御するために希望により温度モデレータを使用でき
る。適当な温度モデレータにはH2O,CO2、およびこ
のプロセスの下流側において採用されているガスタービ
ンから排出される冷却された清浄な煙道ガスの一部、空
気分離装置からの副生物、およびそれらの温度モデレー
タの混合物が含まれる。
約121℃(250°F)の範囲の温度の炭素燃料の流
れ、または固体炭素質燃料の水性スラリー、約38〜2
04℃(100〜400°F)の範囲の温度の酸素の流
れ、および希望により約38〜260℃(100〜50
0°F)の範囲の温度の温度モデレータの流れを供給す
るために通常の2,3,4流れ燃焼器を使用できる。こ
れについての詳細は米国特許第3,743,606号、
第3,874,592号、および第4,525,175
号を参照されたい。
領域において、約982〜1649℃(1800〜30
00°F)の範囲の温度、および約1013〜1823
9KPa(10〜180気圧)(atm.abs)の範
囲の圧力で、触媒無しの部分酸化により反応させる。燃
料ガス発生器中の反応時間は約1〜10秒である。ガス
発生器を出る生流出燃料ガスの混合物は、稀ガスを無視
できるものと仮定して、次のような組成(モル%−乾燥
状態において)を持つことができる。すなわち、CO
15〜27、H2 73〜15、CO2 1.5〜20、
CH4 0.0〜20、N2 0〜1.0、H2S 0〜
2.0、COS 0〜0.1。反応しなかった粒子状炭
素(供給原料中の炭素の重量を基にして)は液体供給原
料からの約0.2〜20重量%であるが、気体炭化水素
供給原料からはそれは通常無視できる。生燃料ガスの燃
焼熱は約5589〜11178kw/m3 (150〜3
00BTU/標準立方フィート(SCF)),たとえ
ば、約7452kw/m3 (200BTU/SCF)で
ある。
中央穴を通って出て、ガス冷却器へ入り、そこで燃料ガ
スは約260〜399℃(500〜750°F)の範囲
の温度までとくに冷却される。生燃料ガス流中に含まれ
ているスラグおよび粒子状物質の一部が、たとえば、ガ
ス冷却器の底に設けられている水溜めの中に落ちる。ス
ラグおよび粒子状物質を含んでいる水をロックホッパー
へ導かれる底の出口を通じて定期的に排出する。典型的
な対流冷却器および放射冷却器が米国特許第3,99
8,609号、第4,328,006号、第4,37
7,132号、第4,462,339号に示され、記載
されている。あるいは、ガス発生器の反応領域を出る高
温の生燃料ガスを、冷却タンクに含まれている水で冷却
できる。たとえば、ガス発生器の下に中心長手軸線に沿
って通常設けられている冷却タンクが米国特許第4,8
01,307号に示され、記載されている。
て発生される。そのスチームの温度は約232〜371
℃(450〜700°F)の範囲の温度であって、プロ
セスの他の場所で使用される。たとえば、前記スチーム
を、動力発生のための膨脹タービン中の作動流体として
使用でき、または通常の空気分離装置内の空気圧縮機を
駆動するために使用できる。ガス冷却器を出る部分的に
冷却された流れをガス浄化領域へ流し、そこで粒子状炭
素とその他の含まれている任意の固体をそれから除去で
きる。水中の粒子状炭素のスラリー、たとえば、黒水、
を浄化領域において発生でき、固体炭素質燃料に混合さ
れて燃料ガス発生器へ供給原料の少なくとも一部として
リサイクルできる。懸濁されている固体をガス流から除
去するために適当な従来の任意の方法を使用できる。本
発明の一実施例においては、燃料ガスの流れをガス−液
体洗浄領域へ入れて、水のような洗浄流体で洗浄する。
適当な液体−ガス・トレー型塔がペリーの科学技術者ハ
ンドブック(Perry’s Chemical En
gineers’Handbook)第4版、18−3
〜5ページ、Mcgraw−Hill 1963、に詳
しく記載されている。また、米国特許第3,232,7
28号に示されているガス洗浄器も参照されたい。
洗浄塔中を上へ流し、適当な洗浄流体をその燃料ガスの
流れとは逆向きに流して直接接触させることにより、ま
たは粒子状炭素と洗浄流体の希釈混合物を下へ流して直
接接触させることにより、粒子状炭素を燃料ガスから除
去できる。粒子状炭素と洗浄流体のスラリーを塔の底か
ら除去して、炭素分離領域すなわち炭素凝縮領域へ送
る。これは従来の適当な任意の手段,例えば濾過,遠心
分離,重力沈澱、または米国特許第2,992,906
号に記載されているプロセスのような液体炭化水素抽出
により行うことができる。より多くの燃料ガスを洗浄す
るために、きれいな洗浄流体、または洗浄流体と粒子状
炭素との希釈混合物をコラムの1番上へリサイクルでき
る。
水素燃料により粒子状炭素はほとんど生じない。その場
合には、前記ガス洗浄過程は不必要である。
00〜450°F)の温度で出る清浄な生燃料ガス中の
顕熱の回収が、直列の複数の、たとえば、2〜5台の間
接熱交換器により段階的に行われる。燃料ガスは各熱交
換器において露点以下に冷却される。ノックアウト・ド
ラムが凝縮された水を集めるためにほとんどの熱交換器
に設けられる。好適な実施例Aにおいては、2台の生燃
料ガス冷却器が、硫黄を含有していない清浄なガスの膨
脹機と直列に用いられる。この構成により、硫黄を含有
していない清浄なガス中への熱回収を最大にする。その
理由は、膨脹機が硫黄を含有していない清浄なガスを2
台の生燃料ガス冷却器の間で冷却するからである。実施
例Aにおいては、ガス洗浄器からの浄化された生燃料ガ
スを第1の間接熱交換器において約177〜260℃
(350〜500°F)の範囲の温度まで冷却し、それ
に続いて第2の間接熱交換器において約149〜232
℃(300〜400°F)の範囲の温度および露点以下
まで冷却する。復水を第1のノックアウト・ドラムに集
め、洗浄流体の一部としてガス洗浄器へリサイクルさせ
る。このようにして、図示のように酸−ガス回収装置か
らの硫黄を含まない浄化された燃料ガスは、(1)約3
8〜66℃(100〜150°F)の範囲の温度、およ
び約2859〜6996KPa(400〜1000ps
ig)の範囲の圧力の冷却剤として第2の熱交換器55
に入り、(2)生燃料ガスから熱を取り出し、約93〜
204℃(200〜400°F)の範囲の温度で出て、
(3)パワー発生膨脹タービンに入り、そこでそれの圧
力を約1825〜2515KPa(250〜350ps
ig)まで降下させ、(4)第1の熱交換器へ入り、そ
こで生燃料ガスとの間接熱交換により加熱され、約12
1〜204℃(250〜400°F)の範囲の温度で出
て、(5)燃焼タービンの燃焼機へ別々に入る。
換器と前記第2の熱交換器はガス洗浄器からの清浄な生
燃料ガスの流れにより側路される。その場合には、硫黄
を含有していない清浄な燃料ガスを膨脹タービンに通
し、約1825〜2515KPa(250〜350ps
ig)の範囲、たとえば、約2170KPa(300p
sig)の圧力まで圧力を降下させてから、前記主燃焼
タービンの燃焼機へ燃料ガスを別々に入れる。硫黄を含
んでいない清浄な燃料ガスの温度が低すぎるとすると、
それをより高い温度へ加熱してから燃焼機へ入れること
ができる。次に、実施例Bからの約177〜260℃
(350〜500°F)の範囲の温度の生燃料ガスの流
れ、または実施例Aからの約121〜204℃(250
〜400°F)の範囲の温度の生燃料ガスの流れを第3
の熱交換器に流して、窒素加湿器からの冷却水と間接熱
交換する。冷却水は約66〜121℃(150〜250
°F)の範囲の温度で第3の熱交換器に入り、約121
〜232℃(250〜450°F)の範囲の温度で出
る。
04〜93℃(400〜200°F)の範囲の温度ま
で、および露点以下に冷却する。復水を第2のノックア
ウト・ドラムに集める。それから、先に述べたように、
生燃料ガスを第4の熱交換器を通してスチーム・コゼネ
レーションからの復水と間接熱交換して、約121〜6
6℃(250〜150°F)の範囲の温度まで冷却す
る。復水を第3のノックアウト・ドラムに集める。ある
いは、第4の熱交換器と第3のノックアウト・ドラムを
生燃料ガスの流れにより側路できる。生燃料ガスを第5
の熱交換器において冷水との間接熱交換により約49〜
38℃(120〜100°F)の範囲の温度まで、およ
び露点以下に冷却する。復水を第4のノックアウト・ド
ラムに集める。第4のノックアウト・ドラムからの復水
を水純化装置へ送る。
収装置へ入れ、そこでH2S, COSおよび希望によっ
てCO2 の全部または一部を除去する。更に、生燃料ガ
ス流中にその他の不純物が存在するものとすると、それ
をこの時に除去できる。
びメタノール,n−メチルピロリドン,トリエタノール
アミンプロピレン炭酸塩のような溶剤、あるいはアミン
または高温のカリウム炭酸塩による物理的または化学的
吸収を含めた適当な通常のプロセスを使用できる。H2
S またはCOSを含む溶剤を、窒素によるフラッシン
グおよびストリッピングにより、あるいは低い圧力にお
いて不活性ガスを用いることなしに加熱および還流によ
り再生できる。それからH2S とCOSを適当なプロセ
スにより硫黄へ変換する。たとえば、カーク=オスマー
化学技術百科辞典(Kirk−Othmer Ency
clopedia of Chemical Tech
nology)第2版19巻353ページ(Jhon
Wiley& Sons 1969)に記載されている
ように、H2S から元素硫黄を生ずるためにクラウス
(Claus)プロセスを使用できる。
説明したプロセスを詳細に示す添付図面を参照する。こ
の図面は本発明の好適な実施例を示すが、図示の連続プ
ロセスを説明した特定の装置または材料に限定すること
を意図するものではない。
張された燃料ガス発生器1に軸線方向に整列させられた
上流側のフランジ付き入口ポート2と下流側のフランジ
付き出口ポート3が設けられている。ガス発生器1の軸
線に整列されている中心通路5を有する環型燃焼機4が
入口ポート2内部に設けられる。中央通路5の上流側端
部6が管7中のほぼ純粋な酸素へ連結される。管8中の
空気が通常の空気分離装置9においてほぼ純粋な酸素と
乾燥窒素ガスとに分離される。その酸素を管7に集め、
窒素ガスは管10に集める。管11中の固体炭素燃料の
ポンプ送り可能な水性スラリーを燃焼機4の入口15を
通じて送り、その同心環状通路16を通って下へ流す。
燃焼機4の下流側先端部から出た2種類の供給原料が互
いにぶつかりあって微細な霧状になり、反応領域17に
おける部分酸化により反応して燃料ガスを生ずる。
ジ付き入口ポート19と、下流側のフランジ付き出口ポ
ート20と、垂直水管リングフランジ付き入口22と、
垂直水管リングフランジ付き出口24と、フランジ付き
出口26とを有する。管23内のボイラ供給水がフラン
ジ付き入口22を通って垂直水管リングフランジ付き出
口24の底に入る。スチームがフランジ付き出口24と
管25を通って円筒形水管リングの1番上から出る。冷
却された燃料ガスがフランジ付き出口26と管27を通
って出る。燃料ガス発生器1のフランジ付き出口3と、
放射冷却器18のフランジ付き入口ポート19とがガス
発生器1および放射冷却器18の中心軸線に沿って連結
される。反応領域17において発生された燃料ガスは円
筒形の耐火材を内張りされた連結通路を通って自由に流
れ、それの管リング内部を上昇するボイラ供給水との間
接熱交換により冷却される。バッフル29が部分的に冷
却された燃料ガスを出口26を通じて出させる。スラグ
と灰を冷却水溜め30に入れる。その冷却水は放射冷却
器18の底に入れる。通常のロックホッパー(図示せ
ず)によりスラグと、灰と、水とを出口20と、管31
と、弁32と、管33とを通じて除去する。
を通常のガス洗浄器40において洗浄して、それに含ま
れている炭素粒子を除去する。燃料ガスは入口41を通
ってガス洗浄器40に入り、そこで、入口42を通って
入る洗浄水に直接接触する。洗浄水は管43からの復水
を含む。洗浄されたガスは出口44と管45を通って出
る。黒水、たとえば、水のスラリーと炭素粒子が底出口
46と管47を通って出て、固体炭素燃料の水性スラリ
ーを管11の内部に発生するために用いられる。
スを露点以下に冷却する。好適なモードにおいては、側
路管49中の弁48が閉じられ、管51中の弁50が開
かれて、きれいな部分酸化された燃料ガス流が、間接熱
交換器53の管52と、間接熱交換器55の管54と、
ノックアウト・ドラム57中の管56と、管58と、開
かれている弁59と、管60と92とを通される。ノッ
クアウト・ドラム57に集められた復水を管61と、開
かれている弁62と、管63,43と、入口42とを通
って洗浄塔40に入れる。要求されれば、補給洗浄水を
管64と、通常は閉じている弁65と、管66とを通っ
て入れることができる。熱交換器53,55中の冷却剤
は硫黄を含まないきれいな燃料ガスであって、管68を
通って下流側酸−ガス回収装置67を出る。管76内の
弁75が閉じられ、管78内の弁77が開かれている
と、管68中の燃料ガスは管78と、弁77と、管79
と、熱交換器55と、管80と、膨脹タービン81とを
通される。膨脹タービン81は軸88と発電機82を駆
動する。膨脹させられた硫黄を含まないきれいな燃料ガ
スを間接熱交換器53において加熱してから、管84
と、開かれている弁85と、管86と87とを通って燃
焼機90に入れる。一実施例においては、弁77と85
が閉じられており、硫黄を含まないきれいな燃料ガスは
管76と、膨脹弁75と、管74,87を通って燃焼機
90に入る。希望によっては、燃焼の前に更に加熱する
ことを求められると、管87中の硫黄を含まないきれい
な燃料ガスをガス加熱器において、または間接熱交換領
域(図示せず)において加熱できる。一実施例において
は、管45中の洗浄された燃料ガスは熱交換器53と5
5を側路する。その場合には、弁50と59は閉じら
れ、弁48が開かれているから、管45内の燃料ガスを
管49と、弁48と、管91,92と、間接熱交換器9
3とを通し、そこで露点以下に冷却してから、管94と
ノックアウト・ドラム95を通す。
って入り、管97を通って出る水である。管97中の暖
められた水は窒素加湿器100の1番上の近くに入り、
底の水溜め101に集まる。乾燥窒素が窒素加湿器10
0の底に管10を通って入り、水溜め101を泡となっ
て上昇し、水で加湿され、または飽和された窒素として
1番上の管102を通って出る。加湿器100において
蒸発する水は、底において管103と104を通って出
る水を冷却する。ポンプ105が、熱交換器93を窒素
加湿器100へ連結する冷却剤ループを通じて水を循環
させる。補給水が管106,弁107,管108を介し
てその循環路に入れられる。管116の弁115が閉じ
ると、飽和された窒素が、管117と、開かれている弁
118と、管119,120を介して燃焼機90に入れ
る。あるいは、管102中の水で加湿された窒素ガスを
加熱してから熱交換器90へ入れる。たとえば、弁11
8が閉じられ、弁115が開かれている一実施例におい
ては、水で加湿された窒素ガスを管102,116と、
弁115と、管121と、間接熱交換器122と、管1
23,120とを通す。熱交換器122中の加熱流体
は、プロセス中で得るスチーム、たとえば、管25から
のスチームとすることができる。加熱流体は管124を
通って入り、管125を通って出る。一実施例において
は、管27中の間接熱交換器(図示せず)に、高温の熱
交換流体を熱交換器122へ入れる冷却剤ループを設け
ることができる。その熱交換器におては水を飽和された
窒素ガスを加熱する。それから冷却された熱交換流体を
管27中の間接熱交換器(図示せず)へ戻す。
れを燃焼機90へ入れる。硫黄を含まないきれいな乾燥
燃料ガスを、管120からの加湿された窒素の流れの存
在の下に、燃焼機90中の完全燃焼により燃焼させる。
管127を通って燃焼機90を出る燃焼ガスの加湿され
た窒素ガスに富んだ流れを、作動流体として膨脹タービ
ン128に流す。軸130に連結されている発電機12
9を膨脹タービン128により駆動する。管131中の
高温の膨脹した煙道ガスを熱回収スチーム発生器(HR
SG)132を通して、そこで煙道ガスからの熱を1つ
または複数の低温流れとの間接熱交換により取り出す。
それから冷却された煙道ガスを管133を通じてスタッ
クへ送る。一実施例においては、管140中のボイラ供
給水を間接熱交換によりHRSG132中のコイル14
1を通じて送り、スチームへ変換する。管142中のス
チームを作動流体として膨脹タービン143へ送り込
む。軸145へ連結されている発電機144が膨脹ター
ビン143により駆動される。復水と管146中のスチ
ームを熱交換器194へ入れて、管200を通じて入り
管201を通じて出る低温の水との間接熱交換により完
全に復水させる。補給水が管209と、弁210と、管
211を通って熱交換器194に入る。それから復水と
補給水を管196と、復水ポンプ197と、管198と
を通じて熱交換器199に入れ、加熱する。フラッシュ
された蒸気、たとえば、H2O,NH3,H2S をノック
アウト・ドラム147において高温の黒水から分離す
る。それらの蒸気を管205を通って熱交換器199へ
入れ、そこで凝縮して蒸気タービン復水と管198から
の補給水を加熱する。それから凝縮された黒水蒸気を管
206を通じて別の処理および純化部へ送る。熱交換器
199を管149を通じて出た加熱されたスチーム復水
と補給水を熱交換器170において更に加熱される。管
195中の加熱された復水をHRSGへ送り、そこで管
140を通じて入れることができる。黒水を管148を
通じてノックアウト・ドラム147を出し、通常の炭素
回路装置へ送る。
クアウト・ドラム95の1番上の管110を通じて出
る。一実施例においては、弁163と174を閉じ、弁
113を開いて、管110中の燃料ガスの流れを管16
0,161,162を通じて流す。燃料ガス流を更に冷
却することを必要とする別の実施例においては、弁16
3と174を開き、弁113を閉じて、管110中の燃
料ガスを管165と、弁163と、管166と、間接熱
交換器170を通じて流す。その熱交換器において燃料
ガスの流れを露点以下に冷却する。熱交換器170のた
めの冷却剤は管149からの復水である。湿った燃料ガ
スを管171を通じてノックアウト・ドラム172へ送
り、そこで水を分離する。それから燃料ガスを管173
と、弁174と、管175と、熱交換器177を通じて
流し、その熱交換器において燃料ガスを露点以下に冷却
する。間接熱交換器177中の冷却剤は低温の水であ
り、管178を通じて入り、管179を通って出る。管
180中の湿ったガスをノックアウト・ドラム181へ
送り、そこで水を分離する。乾燥した燃料ガスはオーバ
ーヘッド管182を通じて出て、通常の酸−ガス回収装
置67に入る。そこで硫黄を含んでいるガス、たとえ
ば、H2S とCOSの少なくとも一方、を除去する。希
望によっては、ガス流中のCO2 の少なくとも一部も酸
−ガス回収装置67で除去できる。一実施例において
は、管68中の硫黄を含まないきれいな燃料ガスを管7
6と、開かれている弁75と、管74,87を通じて前
記のように燃焼機90へ入れる。ノックアウト・ドラム
95,172,181中に集めた復水をそれぞれ管18
5〜187,188,186および187,197,1
87を通じて通常の水純化装置へ送る。その水純化装置
はアンモニア除去材を含むことができる。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 次の工程を備える動力発生法。 (1)CO2,H2S,COSより成る群から選択された
少なくとも1つの酸ガスと、H2と、COと、H2Oと、
およびそれらの混合物とを含む浄化された生燃料ガス
を、複数の別々の間接熱交換手段内において、複数の別
々の冷媒の流れにより露点以下に冷却し、複数のノック
アウト・ドラム内で前記生燃料ガスから凝縮した水を分
離して、脱水した生燃料ガスを生ずる。その際、前記冷
媒の流れの少なくとも1つの流れは水であって、その水
を、前記冷媒水の温度を低下させる窒素ガス加湿手段
と、前記冷媒水の温度を上昇させて暖かい冷媒水を生
じ、かつ生燃料ガスの流れの温度を低下させる前記間接
熱交換器手段の少なくとも1つとの間の閉ループ内を循
環させる。 (2)約38〜316℃(100〜600°F)の範囲
の温度、および約1480〜3549KPa(200〜
500psig)の範囲の圧力の乾燥窒素ガスを、前記
窒素ガス加湿手段内における(1)からの前記暖かい冷
媒水に直接接触させ、前記窒素ガスを加熱してそれを水
で加湿すると同時に冷媒水を冷却し、冷却された冷媒水
を(1)内の前記間接熱交換手段へ再循環させて前記生
燃料ガス流を冷却する。 (3)(1)からの脱水された生燃料ガスを酸ガス除去
領域における酸ガス溶剤で浄化することにより、硫黄含
有ガス、および希望によりCO2 を前記燃料ガスから除
去して、硫黄を含まない脱水された燃料ガスを生ずる。 (4)(3)からの硫黄を含まない脱水された燃料ガス
流と、(2)からの加湿された窒素ガスの前記流れとを
燃焼領域へ別々に入れ、その混合したものを空気ととも
に燃焼して煙道ガスを生ずる。 (5)(4)からの煙道ガスを膨脹タービンに通して動
力を発生する。
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