JP2010505026A - 合成ガスの製造方法 - Google Patents

Abstract

電力、化学物質、二酸化炭素及び水素を生成するための方法を提供する。約１０５０°Ｆ〜約１９００°Ｆの温度に加熱された流動反応ゾーンにおいて、１つ又は複数の供給原料と１つ又は複数の酸化剤とを混合して、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成することができる。１つ又は複数の実施形態において、合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のタービンのための燃料源として使用して、１つ又は複数の発電機を駆動することができる。１つ又は複数の実施形態において、合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のガス変換器に導入して、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ生成物、それらの誘導体又はそれらの組合せを生成することができる。

Description

本実施形態は、広くは、炭化水素のガス化に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、石炭系供給原料、廃棄ポリマー材料及び／又はバイオマス材料のガス化に関する。

ガス化は、通常は、炭素含有材料を一酸化炭素及び水素ガスに変換するために高圧で実施される高温プロセスである。このガスは、化学物質又は合成炭化水素燃料の合成にしばしば使用されるため、「合成ガス」、又はより簡潔には「シンガス」としばしば称する。電気又は蒸気を生成するための燃料、及び水素源としてシンガスを使用することができる。

ガス化に対する典型的な供給物としては、純粋、又は重質原油などの加工原料の残留物、油砂から回収された歴青、頁岩油からの油母、コークス並びに他の高硫黄及び／又は高金属含有残留物である石油系材料；ガス；並びに様々な炭素質廃棄物質が挙げられる。乾燥又は懸濁化供給原料を高温及び（通常は）高圧にてガス化装置において還元（酸素欠乏）雰囲気中で反応させる。得られたシンガスは、典型的には、一酸化炭素として供給炭素含有量の約８５パーセントを含有し、残りは、二酸化炭素とメタンの混合物である。

３つの基本的な種類のガス化装置は、固定床式、流動床式及び噴流床式である。固定床式ガス化装置は、比較的低い出口温度（４２５℃〜６００℃）で動作し、他の２つの種類のガス化装置と比較して必要な酸素量が少ない。しかし、生成物シンガスは、実質的な未変換メタン、並びに副産物タール及び油を含む。流動床式ガス化装置は、より中程度の出口温度（９００℃〜１０５０℃）で動作し、必要な酸素量が同等の固定床式ガス化装置より多い。流動床式ガス化装置による合成ガスは、より高純度であるが、炭素変換率は、はるかに高い温度（１２５０℃〜１６００℃）で動作し、はるかに高いエネルギー入力を必要とするが、それによってより高純度の合成ガスを得ることができる同等の噴流床式ガス化装置より低い。

噴流ガス化装置及び一部の固定床式ガス化装置のより低いゾーンにおける高温は、供給物における無機材料を、ガス化装置から除去されると固化する溶融ガラス状材料に変換して、粗砂に類似し、一般にスラグと呼ばれる材料を生成する。流動床式ガス化装置は、ガラス状でなく、単に固化又は凝集した乾燥灰を生成する。ガス化装置によっては、より低温で（非スラギングガス化装置）、又はより高温で低粘度の液体として（スラギングガス化装置）灰を除去するのが望ましい。この不活性スラグ又は灰は、建設及び建築産業に様々な用途がある。

ガス化装置への回収又はリサイクルに向けて微量元素及び他の不純物を除去するために、実証された商業的技術を用いて原料シンガスを処理することができる。硫黄を市場向きの硫黄元素又は硫酸として回収することができる。燃料源に加えて、シンガスを燃料、化学物質、肥料及び工業ガスの製造における原料として使用することができる。

本実施形態の上記特徴を詳しく理解できるように、そのいくつかが添付の図面に示されている実施形態を参照することによって、以上に要約した本発明のより具体的な説明を把握することができる。添付の図面は、典型的な実施形態のみを示すため、その範囲を限定するものと見なされるべきではない。本明細書における発明は、他の同等に効果的な実施形態に対応し得るからである。

１つ又は複数の実施形態による例示的なガス化システムを示す図である。 １つ又は複数の実施形態による例示的なガス化装置を示す図である。 １つ又は複数の実施形態による別の例示的なガス化システムを示す図である。 １つ又は複数の実施形態によるさらに別の例示的なガス化システムを示す図である。

本実施形態を、上記図面を参照しながら以下に詳述する。

次に、詳細に説明する。添付の請求項の各々は、侵害目的で、請求項に規定の様々な要素又は制限の同等物を含むものと認識される個別の発明を規定する。文脈に応じて、「発明」に対する以下の言及は、いくつかの場合において、一部の具体的な実施形態のみを指してもよい。他の場合において、「発明」に対する言及は、必ずしもすべてでない１つ又は複数の請求項に記載の主題を指すことになる。次に、具体的な実施形態、型及び実施例を含む本発明の各々を以下に詳細に説明するが、本発明は、この特許における情報が利用可能な情報及び技術と一緒になった場合に、当業者が本発明を構築・利用することを可能にするように含まれるこれらの実施形態、型又は実施例に限定されない。

１つ又は複数の実施形態において、供給原料を合成ガス又は単に「シンガス」に変換するためのガス化システム及びプロセスを提供する。記載したガス化システム及びプロセスは、柔軟性、効率性、及び低放射又はゼロ放射を伴う安全性の優れたバランスを提供する。該システム及びプロセスは、不純物が少なく、酸素消費量が小さく、低温ガス効率がより高いシンガス流を生成することができる。生成されたシンガスを、電気、燃料、化学物質、蒸気及び水素を含むが、それらに限定されない市場向けの製品にさらに加工することができる。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の供給原料と１つ又は複数の酸化剤とを流動反応ゾーンにて混合することができる。１つ又は複数の吸着剤を随意に利用する。反応ゾーンを１０５０°Ｆ〜１９００°Ｆ（即ち比較的低温）に加熱して、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを提供することができる。合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のガス又は燃焼タービンに送り、又は供給して、電力及び／又は電気を生成することができる。合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のガス変換器に送って、１つ又は複数のフィッシャー・トロプシュ生成物、化学物質及び／又は供給原料メタノール、それらの誘導体及び／又はアンモニアとメタノールを含むそれらの組合せを生成することができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置への水素及び一酸化炭素源は、ガス化プロセスそのものによる。１つ又は複数の実施形態において、水素及び一酸化炭素を要求に応じてガス化装置に独立に供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、第２の材料を使用して、例えばガス化装置供給の中断中に、ガス化装置に入る酸素を除去することによって、酸素濃度が、ガス化装置内に存在する水素との無制御な反応を指示するのに十分なレベルまで上昇するのを防止することができる。１つ又は複数の実施形態において、第２の材料は、残留酸素を除去することができる反応性炭素を含有する灰を含むことができる。

図面を参照すると、図１は、１つ又は複数の実施形態による例示的なガス化システムを示す。１つ又は複数の実施形態において、ガス化システムは、１つ又は複数のガス化装置２００と、微粒子除去システム３００と、８５％以上の一酸化炭素と水素の混合物を含み、残りが主に二酸化炭素及びメタンである合成ガス（「シンガス」）流４１０を生成するためのガス浄化システム４００とを含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化システムは、１つ又は複数のフィッシャー・トロプシュ生成物、化学物質及び／又は供給原料メタノール、それらの誘導体、及び／又はアンモニアとメタノールを含むそれらの組合せを生成するための１つ又は複数のガス変換器５００を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化システムは、１つ又は複数の水素分離器６００、燃料電池６５０、燃焼タービン７００、蒸気タービン８００、廃熱ボイラー８５０、及び燃料、電力、蒸気及び／又はエネルギーを生成するための発生器７７５、８７５を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化システムは、本質的に窒素のない合成ガスを生成するための１つ又は複数の空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）９００を含むことができる。

ガス流２１０を介する１つ又は複数の供給原料及びガス流２０５を介する１つ又は複数の酸化剤を１つ又は複数のガス化装置２００に導入して、原料シンガス流２８０を生成することができる。１つ又は複数の実施形態において、酸化剤の種類及び量は、シンガス、そしてそれから製造される下流生成物の組成及び物理特性を決定づけ得る。１つ又は複数の酸化剤としては、空気；酸素；本質的に酸素；酸素が豊富な空気；及び酸素と空気の混合物；窒素とアルゴンなどの酸素と不活性ガスの混合物等を挙げることができるが、それらに限定されない。１つ又は複数の実施形態において、酸化剤は、約６５容量％以上の酸素、又は約７０容量％以上の酸素、又は約７５容量％以上の酸素、又は約８０容量％以上の酸素、又は約８５容量％以上の酸素、又は約９０容量％以上の酸素、又は約９５容量％以上の酸素、又は約９９容量％以上の酸素を含有することができる。本明細書に用いられているように、「本質的に酸素」という用語は、５１容量％以上の酸素を含有する酸素流を指す。本明細書に用いられているように、「酸素が豊富な空気」という用語は、２１容量％以上の酸素を含有する空気を指す。酸素が豊富な空気を、例えば、空気の低温蒸留、圧力スウィング吸着、膜分離又はそれらの任意の組合せから得ることができる。

１つ又は複数の実施形態において、酸化剤流２０５は、無窒素、又は本質的に無窒素であり得る。「本質的に無窒素」とは、酸化剤流２０５が約５容量％以下の窒素、４容量％以下の窒素、３容量％以下の窒素、２容量％以下の窒素又は１容量％以下の窒素を含有することを意味する。

「供給原料」という用語は、本明細書に用いられているように、固体、気体又は液体にかかわらず、原材料を指す。例えば、供給原料は、１つ又は複数の炭素質材料を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、炭素質材料としては、バイオマス（即ち、植物及び／又は動物物質或いは植物及び／又は動物由来物質）；石炭（例えば、高ナトリウム及び低ナトリウム褐炭、褐炭、亜歴青炭及び／又は無煙炭）；頁岩油；コークス；タール；アスファルテン；低灰分又は無灰分ポリマー；炭化水素系ポリマー材料；バイオマス由来材料；又は製造処理に由来する副産物を挙げることができるが、それらに限定されない。炭化水素系ポリマー材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、他のポリオレフィンを含むポリスチレン、単独重合体、共重合体、ブロック共重合体及びそれらの混合物を含む熱可塑剤、エラストマー、ゴム；ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリブレンド、酸素を含有するポリ炭化水素；炭化水素ワックスなどの石油精製装置及び石油化学プラントからの重炭化水素汚泥及び残留生成物；それらの混合物、それらの誘導体；並びにそれらの組合せを挙げることができる。

１つ又は複数の実施形態において、供給原料は、２つ以上の炭素質材料（即ち炭素含有材料）の混合物又は組合せを含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料は、２つ以上の低灰分又は無灰分ポリマーの混合物又は組合せ、バイオマス由来材料、製造処理に由来する副産物を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料は、カーペット及び／又はバンパー及びダッシュボードを含むプラスチック製自動車パーツ／部品などの１つ又は複数の廃棄消費者製品と組み合わせた１つ又は複数の炭素質材料を含むことができる。当該廃棄消費者製品は、好ましくは、ガス化装置２００内に適合する大きさに好適に縮小される。１つ又は複数の実施形態において、供給原料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、それらの誘導体、それらの混合物、又はそれらの任意の組合せなどの１つ又は複数のリサイクルプラスチックを含むことができる。よって、該プロセスは、既に製造された材料を適正に処分するための指令を順守するのに有用であり得る。

１つ又は複数の実施形態において、供給原料流２１０は、乾燥供給物であるか、スラリー又は懸濁物としてガス化装置２００に搬送され得る。１つ又は複数の実施形態において、供給原料を例えば水分１８％まで乾燥させ、次いで、ガス化装置２００に供給する前に、１つ又は複数の平行ボウルミルなどのミリング装置によって粉砕することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料は、約５０ミクロンから約５００ミクロン、又は約５０ミクロンから約４００ミクロンの平均粒径を有することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料の平均粒径は、約１５０ミクロンから約４５０ミクロン、又は約２５０ミクロンから約４００ミクロンの範囲であり得る。

原料シンガス流２８０は、１つ又は複数のガス化装置２００を出る。原料シンガス流２８０は、８５％以上の一酸化炭素及び水素を含有することができ、残りは、主に二酸化炭素及びメタンである。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、９０％以上の一酸化炭素及び水素、９５％以上の一酸化炭素及び水素、９７％以上の一酸化炭素及び水素、又は９９％以上の一酸化炭素及び水素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の一酸化炭素含有量は、約１０容量％、２０容量％又は３０容量％の低含有量から５０容量％、７０容量％又は８５容量％の高含有量の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の一酸化炭素含有量は、約１５容量％、２５容量％又は３５容量％の低含有量から６５容量％、７５容量％又は８５容量％の高含有量の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の水素含有量は、約１容量％、５容量％又は１０容量％の低含有量から３０容量％、４０容量％又は５０容量％の高含有量の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の水素含有量は、約２０容量％から３０容量％の範囲であり得る。

１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、２５容量％未満の窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素及び塩化水素の混合物を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、２０容量％未満の窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素及び塩化水素の混合物を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、１５容量％未満の窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素及び塩化水素の混合物を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、１０容量％未満の窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素及び塩化水素の混合物を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、５容量％未満の窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素及び塩化水素の混合物を含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の二酸化炭素含有量は、約２５容量％以下、２０容量％以下、１５容量％以下、１０容量％以下、５容量％以下、３容量％以下、２容量％以下又は１容量％以下です。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０のメタン含有量は、約１５容量％以下、１０容量％以下、５容量％以下、３容量％以下、２容量以下又は１容量％以下である。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０の含水量は、約４０容量％以下、３０容量％以下、２５容量％以下、２０容量％以下、１５容量％以下、１０容量％以下、５容量％以下、３容量％以下、２容量％以下又は１容量％以下である。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０は、無窒素、又は例えば窒素含有量が０．５容量％未満の本質的に無窒素である。

１つ又は複数の微粒子除去システム３００を使用して、あらゆる微粒子から原料シンガス流２８０を部分的又は完全に除去して、微粒子流３０５及び分離シンガス流３１０を提供することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の冷却器２７５（「一次冷却器」）を使用して原料シンガス流２８０を冷却して、微粒子除去システム３００に入る前に冷却された原料シンガス流２９０を供給することができる。例えば、原料シンガス流２８０を約１０００°Ｆ以下まで冷却することができる。１つ又は複数の実施形態において、原料シンガス流２８０を約９００°Ｆ以下、８００°Ｆ以下、７００°Ｆ以下、６００°Ｆ以下、５００°Ｆ以下、４００°Ｆ以下又は３００°Ｆ以下まで冷却することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の微粒子除去システム３００の前に原料シンガス流２８０を冷却することは、随意である。例えば、原料シンガス流２８０をそのまま微粒子除去システム３００に供給して、高温ガス微粒子を除去することができる（例えば、１０５０°Ｆ〜１９００°Ｆ）。

１つ又は複数の微粒子除去システム３００は、従来のディスエンゲージャー及び／又はサイクロンなどの１つ又は複数の分離装置（不図示）を含むことができる。約０．１ｐｐｍｗの検出限界未満の出口微粒子濃度を提供することが可能な微粒子制御装置（「ＰＣＤ」）を使用することもできる。例示的なＰＣＤとしては、焼結金属フィルタ、金属フィルタキャンドル及び／又はセラミックフィルタキャンドル（例えば、鉄アルミナイドフィルタ材料）を挙げることができるが、それらに限定されない。

ガス流３０５からの固体微粒子をガス化装置２００に再循環させるか（不図示）、又は示されるように、システムから除去することができる。１つ又は複数の冷却器３７５（「二次冷却器」）を使用して、分離されたシンガス流３１０を冷却して、冷却分離シンガス流３９０を提供することができる。分離シンガス流３９０は、３００°Ｆから５５０°Ｆなどの約６５０°Ｆ以下の温度を有することができる。冷却分離シンガス流３９０を１つ又は複数のガス浄化システム４００内で処理して、汚染物質を除去し、廃ガス流４０５及び処理シンガス流４１０を提供することができる。１つ又は複数のガス浄化システム４００は、分離シンガス流３９０における硫黄及び／又は硫黄含有化合物を除去するためのシステム、プロセス又はデバイスを含むことができる。例示的な触媒ガス浄化システム４００としては、チタン酸亜鉛、亜鉄酸亜鉛、酸化錫、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化セリウム又はそれらの混合物を挙げることができるが、それらに限定されない。例示的なプロセス系ガス浄化システム４００としては、Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）プロセス、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ（登録商標）プロセス、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ（登録商標）プロセス及びＳｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）ガス処理プロセスを挙げることができるが、それらに限定されない。

１つ又は複数の実施形態において、メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）のような１つ又は複数のアミン溶媒を使用して、シンガス流３９０からあらゆる酸性ガスを除去することができる。Ｓｅｌｅｘｏｌ（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）又はＲｅｃｔｉｓｏｌ（登録商標）（低温メタノール）などの物理的溶媒を使用することもできる。シンガス流３９０が硫化カルボニル（ＣＯＳ）を含有する場合は、硫化カルボニルを触媒上で水と反応させることによって加水分解により硫化水素に変換し、次いで上記方法を用いて吸収させることができる。シンガス流３９０が水銀を含有する場合は、硫黄含浸活性炭素の層を使用して水銀を除去することができる。

１つ又は複数の実施形態において、コバルト−モリブデン（「Ｃｏ−Ｍｏ」）触媒を１つ又は複数の処理ユニット４００に組み込んで、シンガスのサワーシフト変換を行うことができる。Ｃｏ−Ｍｏ触媒は、約１００ｐｐｍｗのＨ２ＳなどのＨ２Ｓの存在下で約５５０°Ｆの温度にて動作することができる。Ｃｏ−Ｍｏ触媒を使用して、サワーシフトを行う場合は、上記の硫黄除去方法及び／又は技術のいずれかを用いて、続く下流の硫黄除去を達成することができる。

ガス浄化システム４００から得られた処理シンガス流４１０を燃焼させて、電力及び／又は蒸気を製造又は生成することができる。１つ又は複数の実施形態において、処理シンガス流４１０を商品として販売することができる。１つ又は複数の実施形態において、処理シンガス流４１０を使用して、フィッシャー・トロプシュ生成物、化学物質及び／又は供給原料を生成することができる。１つ又は複数の実施形態において、水素を処理シンガス流４１０から分離し、水素化プロセス、燃料電池エネルギープロセス、アンモニア製造に、且つ燃料として使用することができる。１つ又は複数の実施形態において、一酸化炭素を処理シンガス流４１０から分離し、酢酸、ホスゲン／イソシアネート、ギ酸及びプロピオン酸などの化学物質の製造に使用することができる。

さらに図１を参照すると、１つ又は複数のガス変換器５００を使用して、ガス流５１０（「変換ガス流５１０」）を介して処理シンガス流４１０を１つ又は複数のフィッシャー・トロプシュ生成物、化学物質及び／又は供給原料に変換することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のガス変換器５００の少なくとも１つは、ＣＯをＣＯ２に変換することによって合成ガスの水素対一酸化炭素比（Ｈ２：ＣＯ）を調整するための１つ又は複数のシフト反応器を含むことができる。１つ又は複数のシフト反応器内で、水−ガスシフト反応は、触媒の存在下及び／又は高温で処理シンガス流４１０における一酸化炭素の少なくとも一部を水と反応させて、水素及び二酸化炭素を生成する。１つ又は複数のシフト反応器としては、単段断熱固定床式反応器、段間冷却、蒸気発生又は急冷反応器を備えた多段断熱固定床式反応器；蒸気発生又は冷却を備えた管状固定床式反応器；流動床式反応器、又はそれらの任意の組合せを挙げることができるが、それらに限定されない。１つ又は複数の実施形態において、シフト触媒及び高温（約９００°Ｆの）二酸化炭素吸着剤が充填された多数の固定床反応器を有する圧力スウィング吸着ユニットを利用する吸着増強水−ガスシフト（ＳＥＷＧＳ）プロセスを使用することができる。様々なシフト触媒を採用することができる。

少なくとも１つの具体的な実施形態において、シフト反応器は、直列に配置された２つの反応器を含むことができる。第１の反応器を高温（約６５０°Ｆから約７５０°Ｆ）で動作させて、鉄−クロム触媒を使用して、処理シンガス流４１０に存在するＣＯの大部分を比較的高反応速度でＣＯ２に変換することができる。第２の反応器を比較的低温（約３００°Ｆから約４００°Ｆ）で動作させて、酸化銅と酸化亜鉛の混合物を使用して、ＣＯのＣＯ２への変換を完了することができる。

１つ又は複数の実施形態において、シフト反応器５００から回収された二酸化炭素を燃料回収プロセスで使用して、油及びガスの回収を向上させることができる。例示的な油回収プロセスにおいて、「標準的な」油が存在する既存の油溜の下の領域内に二酸化炭素を射出し、流し込むことができる。次いで、原油で除去した水及び二酸化炭素を分離し、再利用することができる。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のガス変換器５００の少なくとも１つを使用して、精製所／石油化学供給原料、輸送燃料、合成原油、液体燃料、潤滑油、アルファオレフィン及びワックス等を含む１つ又は複数のフィッシャー・トロプシュ（「Ｆ−Ｔ」）生成物を製造することができる。反応器の構成に応じて、約１９０℃から約４５０℃の範囲の条件下で、銅、ルテニウム、鉄又はコバルト系触媒又はそれらの組合せを使用して、任意の種類の反応器、例えば、固定床式反応器、移動床式反応器、流動床式反応器、スラリー、バブリング床式反応器で反応を実施することができる。さらなる反応及び触媒の詳細を米国特許出願第２００５０２８４７９７号並びに米国特許第５，６２１，１５５号；同第６，６８２，７１１号；同第６，３３１，５７５号；同第６，３１３，０６２号；同第６，２８４，８０７号；同第６，１３６，８６８号；同第４，５６８６６３号；同第４，６６３，３０５号；同第５，３４８，９８２号；同第６，３１９，９６０号；同第６，１２４，３６７号；同第６，０８７，４０５号；同第５，９４５，４５９号；同第４，９９２，４０６号；同第６，１１７，８１４号；同第５，５４５，６７４及び同第６，３００，２６８号に見いだすことができる。

Ｆ−Ｔ生成物は、様々な製品へのさらなる化学反応及び改良に向けて精製所に出荷され得る液体である。一定の生成物、例えば、Ｃ４〜Ｃ５炭化水素は、要望に応じて、水素処理してオレフィン不純物を除去するか、又は水素処理せずに採用して、広範なワックス製品を製造することができる高品質パラフィン溶媒であり得る。Ｃ１６＋液体炭化水素製品を様々な水素変換反応、例えば、水素分解、水素異性化触媒脱蝋、同種脱蝋等、又はそれらの組合せによって改良して、中間留出物、ディーゼル及び低凝固点ジェット燃料、高セタンジェット燃料等、イソパラフィン溶媒、潤滑油等、例えば、輸送車両に好適な潤滑油配合成分及び潤滑油基本原料、泥土の掘削に使用するのに好適な無毒の掘削油、技術的及び医薬品グレードの白色油、化学原材料及び様々な特製品を製造することができる。

少なくとも１つの具体的な実施形態において、１つ又は複数のガス変換器５００の少なくとも１つは、１つ又は複数のＦ−Ｔ生成物を製造するための１つ又は複数のスラリーバブルカラム反応器を含むことができる。スラリーバブルカラム反応器は、レニウムによって推進され、チタニアに支持され、約０．０１から約１の範囲のＲｅ：Ｃｏ重量比を有し、２重量％から５０重量％のコバルトを含有するコバルト触媒を使用して、２２０℃未満の温度、及び約１０から約６００ｐｓｉ又は約２５０から約３５０ｐｓｉで動作することができる。１つ又は複数の実施形態において、スラリーバブルカラム反応器内の触媒は、触媒銅又は鉄族金属の塩が含浸されたチタン支持体、ポリオール又は多価アルコール及び所望によりレニウム化合物又は塩を含むことができるが、それらに限定されない。ポリオール又は多価アルコールの例としては、グリコール、グリセロール、デリスリトール、スレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、ダルシトール、グルシオトール、ソルビトール及びマンニトールが挙げられる。濃縮塩水溶液、例えば、硝酸コバルト又は酢酸コバルトとしての触媒金属、銅又は鉄族金属をポリオール、及び所望により過レニウム酸と混合しながら、水の量を調節して、溶液中１５重量％のコバルトを得て、所望により初期湿潤技術を用いて、所望により噴霧乾燥及び焼成されたルチル又はアナターゼチタニア支持体上に触媒を含浸することができる。この方法は、レニウム推進剤の必要性を小さくする。さらなる詳細を米国特許第５，０７５，２６９号及び同第６，３３１，５７５号に見いだすことができる。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のガス変換器５００の少なくとも１つを使用して、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、無水酢酸、酢酸、酢酸メチル、酢酸エステル、酢酸ビニル及びポリマー、ケテン、ホルムアルデヒド、ジメチルエーテル、オレフィン、それらの誘導体、及び／又はそれらの組合せを製造することができる。メタノール製造には、例えば、液相メタノールプロセスを使用することができる（ＬＰＭＥＯＨ（商標））。このプロセスでは、閑散時は実質的な時間にわたってアイドリングしながら反応熱を節約する一方、良好な触媒活性を維持することができる不活性炭化水素油反応媒体にスラリーバブルカラム反応器及び触媒を使用して、シンガス流４１０における一酸化炭素を直接メタノールに変換することができる。さらなる詳細を米国特許出願第２００６／０１４９４２３号及び先に公開されたＨｅｙｄｏｒｎ，Ｅ．Ｃ．、Ｓｔｒｅｅｔ，Ｂ．Ｔ及びＫｏｒｎｏｓｋｙ，Ｒ．Ｍ．、「液体相メタノール（ＬＰＭＥＯＨ（商標））プロジェクト運用体験（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｍｅｔｈａｎｏｌ （ＬＰＭＥＯＨ^ＴＭ） Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ）」（１９９８年１０月４〜７日のサンフランシスコにおけるガス化技術委員会会議で発表された）。メタノールを製造するための気相プロセスを用いることもできる。例えば、銅系触媒を使用するプロセス、インペリアルケミカルインダストリープロセス、ルルギプロセス及び三菱プロセスを使用することができる。

アンモニア製造では、１つ又は複数のガス変換器５００の少なくとも１つを、ＬｅＢａｎｃら、「アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）」、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２巻、第３版、１９７８、４９４〜５００頁に記載のＨａｂｅｒ−Ｂｏｓｃｈプロセスを実施するように構成することができる。ギ酸アルキル、例えば、ギ酸メチルの製造では、一酸化炭素とメタノールをアルカリ触媒又はアルカリ若しくはアルカリ土類金属メトキシド触媒の存在下で液相又は気相にて反応させるいくつかのプロセスのいずれかを用いることができる。さらなる詳細を米国特許第３，７１６，６１９号；同第３，８１６，５１３号；及び同第４，２１６，３３９号に見いだすことができる。

図１に示されていないが、二酸化炭素を変換ガス流５１０から分離及び／又は回収することができる。１つ又は複数の実施形態において、物理的吸着技術を使用することができる。好適な吸着剤及び技術としては、炭酸プロピレン物理的吸着剤溶媒並びに他の炭酸アルキル、２から１２個のグリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル（Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）プロセス）、ｎ−メチル−ピロリドン、スルホン酸塩、Ｓｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）ガス処理プロセスの使用が挙げられるが、それらに限定されない。

変換ガス流５１０の少なくとも一部を販売、又は図示されていないさらなる下流のプロセスを用いて改良することができる。１つ又は複数の実施形態において、変換ガス流５１０の少なくとも一部を１つ又は複数の水素分離器６００に誘導することができる。１つ又は複数の実施形態において、処理シンガス流４１０の少なくとも一部は、上記の１つ又は複数のガス変換器５００をバイパスすることができ、１つ又は複数の水素分離器６００に直接供給され得る。

１つ又は複数の水素分離器６００は、水素をシンガスから選択的に分離して、１つ又は複数の浄化水素流及び１つ又は複数の廃棄ガス流を供給するための任意のシステム又は装置を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、水素分離器６００は、二酸化炭素が豊富なガス流６０５及び水素が豊富なガス流６１５を供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部を１つ又は複数の燃料電池６５０への供給原料として使用することができ、水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部を１つ又は複数の燃焼器７５０における燃料として使用する前に処理シンガス流４１０と混合することができる。１つ又は複数の実施形態において、水素分離器６００は、圧力スウィング吸収、低温蒸留及び半透過膜を利用することができる。好適な吸収剤としては、苛性ソーダ、炭酸カリウム又は他の無機塩基及び／又はアラノラミンを挙げることができる。

１つ又は複数の実施形態において、処理シンガス流４１０の少なくとも一部を１つ又は複数の燃焼器７５０で燃焼して、高圧／高温排気ガス流７２０を供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、排気ガス流７２０を１つ又は複数の燃焼タービン７００に導入して、排気ガス流８１０及び機械的軸動力を供給して、１つ又は複数の発電機７７５を駆動することができる。１つ又は複数の実施形態において、排気ガス流８１０を１つ又は複数の熱回収システム８５０に導入して、ガス流８２０を介して蒸気を供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス流８２０における蒸気の第１の部分を１つ又は複数の蒸気タービン８００に導入して、機械的軸動力を供給して、１つ又は複数の発電機８７５を駆動することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス流８２０内の蒸気の第２の部分をガス化装置２００及び／又は他の補助的なプロセス装置に導入することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の蒸気タービン８００からのより低圧の蒸気を、ガス流８３０を介して１つ又は複数の熱回収システム８５０にリサイクルすることができる。

１つ又は複数の実施形態において、ＡＳＵ９００からの純粋な酸素をガス化装置２００に供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ＡＳＵ９００は、窒素が希薄で酸素が豊富なガス流９１０を１つ又は複数のガス化装置２００に供給することによって、システムにおける窒素濃度を最小限に抑えることができる。ほぼ純粋な酸素ガス流を使用すると、ガス化装置２００は、例えば、０．５％未満の窒素／アルゴンを含有する、本質的に無窒素のシンガス流２８０を生成することが可能になる。１つ又は複数の実施形態において、ＡＳＵ９００は、ガス流９０５を介して空気が補給され得る高圧、低温型分離器であり得る。ＡＳＵからの不良の窒素ガス流９１５を以下により詳細に説明するように燃焼タービンに添加し、又は用益として利用することができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００に供給される全酸化剤の５０％までを、ガス流９１０を介してＡＳＵ９００により供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００に供給される全酸化剤の４０％までを、ガス流９１０を介してＡＳＵ９００により供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置に供給される全酸化剤の３０％までを、ガス流９１０を介してＡＳＵ９００により供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置に供給される全酸化剤の２０％までを、ガス流９１０を介してＡＳＵ９００により供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置に供給される全酸化剤の１０％までを、ガス流９１０を介してＡＳＵ９００により供給することができる。

図２は、１つ又は複数の実施形態による例示的なガス化装置を示す。ガス化装置２００は、単一の反応器装置、或いは直列又は並列に配置された２つ以上の反応器装置を含むことができる。各反応器装置は、１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０及びディスエンゲージャー２３０、２４０を含むことができる。各反応器装置を互いに独立に構成することもできるし、１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０、ディスエンゲージャー２３０、２４０を共有できるように構成することもできる。説明を簡潔、且つわかりやすくするために、ガス化装置２００の実施形態を単一反応器装置の脈絡でさらに説明する。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の供給原料（ガス流２１０を介する）と１つ又は複数の酸化剤（ガス流２０５を介する）を混合ゾーン２１５で混合して、ガス混合物を提供することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料及び酸化剤を、示されるように混合ゾーン２１５に注入するか、又は混合ゾーン（不図示）に注入する前に混合することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料及び酸化剤をガス化装置２００に順次注入することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料及び酸化剤をガス化装置２００に同時に注入することができる。ガス化装置２００に対する供給（即ち、供給原料及び酸化剤の導入）は、所望の生成物の種類及びグレードに応じて連続的又は断続的であり得る。

ガス懸濁物は、混合ゾーン２１５を通じて、ライザー２２０内に移動し、そこでさらなる滞留時間により、チャーガス化反応、メタン／蒸気改質反応、タール分解反応及び／又は水−ガスシフト反応が生じることが可能になる。ライザー２２０は、混合ゾーン２１５より高温で動作することができ、混合ゾーン２１５より小さい直径を有することができる。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０における表面ガス速度は、約１０ｆｔ／ｓから約９０ｆｔ／ｓ、又は約２０ｆｔ／ｓから約８０ｆｔ／ｓ、約３０ｆｔ／ｓから約７０ｆｔ／ｓ、又は約３０ｆｔ／ｓから約４０ｆｔ／ｓ、又は約３５ｆｔ／ｓから約６０ｆｔ／ｓの範囲であり得る。ライザー２２０における好適な温度は、約６００°Ｆから約２０００°Ｆの範囲であり得る。

ガス混合物は、ライザー２２０を出て、ディスエンゲージャー２３０、２４０に入り、そこでより大きい微粒子をガスから分離し、管柱２５０及び／又はｊ形脚２５５を含むが、それらに限定されない１つ又は複数の導管を介して、混合ゾーン２１５にリサイクルすることができる。ｊ形脚２５５は、有効固体滞留時間を延ばし、炭素変換率を増加させ、固体を混合ゾーン２１５にリサイクルするための通気要件を最小限にするための非機械的「ｊ形弁」を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、ディスエンゲージャー２３０、２４０は、サイクロンであり得る。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のループシールなどの１つ又は複数の微粒子移送装置２４５をディスエンゲージャー２３０、２４０の下流に配置して、分離された微粒子を回収することができる。原料シンガス流２８０におけるあらゆる捕集微粒子又は残留微粒子を、（図１に示される）１つ又は複数の微粒子除去システム３００を使用して除去することができる。

１つ又は複数の実施形態において、供給原料の平均粒径を対照変数として用いて、管柱２５０を介して混合ゾーンにリサイクルされる固体の微粒子密度を最適化することができる。１つ又は複数の実施形態において、供給原料の粒径を、微粒子質量循環率を最適化し、混合ゾーン２１５及びライザー２２０内のガス混合物の流動特性を向上させるように変化させることができる。

１つ又は複数の吸着剤をガス化装置２００に添加することもできる。１つ又は複数の実施形態において、吸着剤を添加して、ガス化装置２００内の気相におけるナトリウム蒸気などのシンガスからの汚染物質を捕捉することができる。１つ又は複数の実施形態において、吸着剤を添加して、酸素が、混合ゾーン２１５内の供給原料から水素（例えば水）との望ましくない副反応をもたらし得る濃度に達するのを遅延又は防止するのに十分な速度又はレベルで酸素を除去することができる。１つ又は複数の実施形態において、吸着剤を使用して、ガス化装置における供給原料粒子を分散又はコーティングして、粒子が凝集する傾向を弱めることができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の酸化剤を混合ゾーン２１５の底部に導入して、再循環微粒子内に含まれるあらゆる炭素を燃焼させることにより、混合ゾーン２１５及びライザー２２０内の温度を上昇させて、灰（「チャー」）を形成することができる。１つ又は複数の実施形態において、吸着剤を約５μｍから約１００ミクロン又は約１０ミクロンから約７５ミクロンの平均粒径まで粉砕することができる。例示的な吸着剤としては、炭素が豊富な灰、石灰岩、ドロマイト及び粉コークスを挙げることができるが、それらに限定されない。供給原料から放出された残留硫黄を供給物における原生カルシウム又はカルシウム系吸着剤によって捕捉して、硫化カルシウムを形成することができる。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の酸化剤を、混合ゾーン２１５の温度を制御するのに好適な速度で混合ゾーン２１５に導入することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の酸化剤は、過剰空気を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の酸化剤は、酸素と炭素のモル比を、混合ゾーン２１５において、二酸化炭素より一酸化炭素の形成を優先させる準化学量論的濃度に維持できる準化学量論的空気であり得る。１つ又は複数の実施形態において、酸化剤を介して混合ゾーン２１５に供給される酸素は、混合ゾーン２１５に供給されるすべての炭素の完全燃焼に必要な酸素の化学量論量の５パーセント未満であり得る。存在すれば、動作及び供給中断時間中に反応器温度を安定化させる固体を再循環させることによって、空気中の過剰の酸素及び蒸気を消費することができる。

ガス化装置２００における滞留時間及び温度は、水−ガスシフト反応が平衡に達するのに十分である必要がある。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５における供給原料の滞留時間は、約２秒を超える。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５における供給原料の滞留時間は、約５秒を超える。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５における供給原料の滞留時間は、約１０秒を超える。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００の動作温度は、約５００°Ｆ、７５０°Ｆ又は１０００°Ｆから、約１２００°Ｆ、１５００°Ｆ又は１８００°Ｆの範囲である。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００の動作温度は、約７００°Ｆから約１７５０°Ｆの範囲である。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００の動作温度は、約９００°Ｆから約１６００°Ｆの範囲である。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００の動作温度は、約１２００°Ｆから約１６００°Ｆの範囲である。

１つ又は複数の実施形態において、約１０５０°Ｆから約１９００°Ｆ又は約１５４０°Ｆから約１７１０°Ｆなどの灰を融解させない程度の温度範囲でガス化装置２００を動作させることができる。再循環する固体が、流入供給原料と接触する前に、混合ゾーン２１５の底部の再循環固体中の炭素を燃焼させることによって熱を供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５を約９５０°Ｆから約１２００°Ｆの温度とし、所望により粉コークス又は同等物を混合ゾーン２１５に供給して、混合ゾーン２１５の温度をさらに約１６５０°Ｆまで上昇させることによって立上げを開始することができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００の動作温度をライザー２２０内の固体の再循環速度及び滞留時間によって；混合ゾーン２１５へのリサイクルの前に灰の温度を低下させることによって；混合ゾーン２１５への蒸気の添加によって；及び／又は混合ゾーン２１５への酸化剤の添加によって制御することができる。再循環する固体は、タールの形成を最小限にする流入供給原料を迅速に加熱するように働くこともできる。

１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５を約０ｐｓｉｇから約６５０ｐｓｉｇの圧力で動作させて、反応器の単位断面積当たりの熱出力を増加させ、任意の後続の出力周期におけるエネルギー出力を高めることができる。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５を約１００ｐｓｉｇから約５５０ｐｓｉｇの圧力で動作させることができる。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５を約１００ｐｓｉｇから約４５０ｐｓｉｇの圧力で動作させることができる。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５を約１００ｐｓｉｇから約３５０ｐｓｉｇの圧力で動作させることができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００において生成されるシンガスは、一酸化炭素、水素、酸素、炭化水素、硫黄、固体、それらの混合物、それらの誘導体又はそれらの組合せを含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００において生成されるシンガスは、本質的に無窒素であり得る。１つ又は複数の実施形態において、該プロセスは、供給原料の炭素の少なくとも約８５％又は９０％又は９５％又は９８％又は９９％をシンガスに変換する。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００において生成するシンガスは、約５容量％から約５０容量％の一酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１５容量％から約４０容量％の一酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約２０容量％から約３０容量％の一酸化炭素を含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約５容量％から約２５容量％の水素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１０容量％から約２５容量％の水素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１０容量％から約２０容量％の水素を含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約０．５容量％から約３．０容量％の窒素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約０．５容量％から約２．０容量％の窒素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１．５容量％から約３．０容量％の窒素を含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１容量％から約２０容量％のメタンを含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約５容量％から約１５容量％のメタンを含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約５容量％から約１０容量％のメタンを含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約３０容量％未満の二酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約２５容量％未満の二酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約２０容量％未満の二酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１５容量％未満の二酸化炭素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、シンガスは、約１０容量％未満の二酸化炭素を含有することができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２００から出る合成ガスは、熱損失及び希釈効果について補正した約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約７５Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約１００Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約１１０Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約１４０Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約１８０Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約２００Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約２５０Ｂｔｕ／ｓｃｆ、又は約５０Ｂｔｕ／ｓｃｆから約２７５Ｂｔｕ／ｓｃｆの熱量を有することができる。

蒸気をガス化装置２００に供給して、ガス化装置２００における水素対一酸化炭素比（Ｈ２：ＣＯ）を制御することができる。ガス化装置２００の出口温度は、比例して同等のガス化装置（即ちスラグ型）より低くなるため、シンガスにおける熱的加熱対化学的加熱量は、ガス化装置２００において比較的小さくなる。したがって、蒸気を使用して、より高温で動作する他の噴流ガス化装置より小さいエネルギーペナルティでＨ２：ＣＯ比をシフトにより調整することができる。ガス化装置内の動作温度が低い（即ち２９００°Ｆ）ため、より小さいエネルギーを消費して、Ｈ２：ＣＯ比が制御・最適化されるため、ガス化装置２００内の蒸気需要を相応に増加させることなく水素生成量を増加させることができる。例えば、ガス化装置２００を出る合成ガスは、少なくとも０．２のＨ２：ＣＯを有することができる。１つ又は複数の実施形態において、Ｈ２：ＣＯ比は、少なくとも０．５である。１つ又は複数の実施形態において、Ｈ２：ＣＯ比は、約０．２５から約２．５である。１つ又は複数の実施形態において、Ｈ２：ＣＯ比は、約０．４から約２．０である。１つ又は複数の実施形態において、Ｈ２：ＣＯ比は、約０．５から約１．５である。１つ又は複数の実施形態において、Ｈ２：ＣＯ比は、約０．８から約１．０である。

図３は、１つ又は複数の実施形態による別の例示的なガス化システムを示す。１つ又は複数の実施形態において、ガス化システムは、効率性をさらに向上させるための１つ又は複数の統合燃焼タービン７３０を含むことができる。１つ又は複数のガス化装置２００、微粒子除去システム３００、ガス処理システム４００、ガス変換器５００、水素分離器６００、蒸気タービン８００、熱回収システム８５０、発生器７７５、８７５及び空気分離ユニット９００は、上記のものと同一であり得る。

１つ又は複数の実施形態において、合成ガス流４１０の少なくとも一部を水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部と混合して、１つ又は複数の燃焼タービン７３０のための燃料ガスを供給することができる。燃焼タービン７３０は、高温排気ガス（ガス流８１０）及び軸動力を生成して、１つ又は複数の発生器７７５を駆動することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の熱回収システム８５０を使用して、燃焼タービン排気ガス流８１０からの熱（一般には約１１００°Ｆ）を回収して、１つ又は複数の発生器８７５を駆動するための軸動力を提供することができる蒸気タービン８００に後に使用するための蒸気（ガス流８２０）を生成することができる。蒸気タービン８００からのより低圧の蒸気を（ガス流８３０を介して）熱回収システム８５０に戻すことができる。

１つ又は複数の実施形態において、熱回収システム８５０は、より高温の排気ガス（ガス流８１０を介する）とより低圧の蒸気（ガス流８３０）との間で熱を交換して、より高圧の蒸気（ガス流８２０）を生成することが可能な閉鎖ループ加熱システム、例えば、廃熱ボイラー及びシェル−チューブ熱交換機である。熱回収システム８５０は、補助燃料なしで１５００ｐｓｉｇまでの１０００°Ｆの超過熱／再加熱蒸気を供給することができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス流７０５を介する雰囲気空気を燃焼タービン７３０に導入して、ガス流７１０を介する圧縮空気をガス化装置２００及び／又はＡＳＵ９００に直接供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、ＡＳＵ９００内で分離された窒素を除去する、且つ／又は１つ又は複数の燃焼タービン７３０（ガス流９１５）に戻して、燃焼タービン７３０における燃焼温度を下げることによってＮＯｘ放出量を低減することができる。窒素は、熱量を有さない希釈剤、即ち熱シンクとして作用する。ＮＯｘの形成をさらに最小限に抑えるために、燃焼タービン７３０に入るシンガス流４１０を水で飽和することができる（不図示）。

ガス流８２０内の高圧スチームの少なくとも一部を１つ又は複数のガス化装置２００及び／又は他の補助蒸気消費プロセス装置（不図示）に導入することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス流８２０からの残留熱を、当業者に良く知られている凝縮システムに戻すか、又は地域の蒸気消費者に販売することができる。

図４は、１つ又は複数の実施形態によるさらに別の例示的なガス化システムを示す。例示的なガス化システムは、ガス化装置のための窒素含有酸化剤ガス流２０３を利用する。ガス流２０３における１つ又は複数の窒素含有酸化剤は、空気；酸素が豊富な空気；酸素と空気の混合物；及び酸素と窒素の混合物等を含むことができる。１つ又は複数の実施形態において、窒素含有酸化剤は、約２０容量％以上の酸素、又は約２５容量％以上の酸素、又は約３０容量％以上の酸素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、窒素含有酸化剤は、少なくとも５容量％の窒素を含有することができる。１つ又は複数の実施形態において、窒素含有酸化剤の窒素含有量は、約５容量％、１０容量％又は２０容量％の低濃度から約２５容量％、５０容量％又は８０容量％の高濃度の範囲であり得る。

１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の微粒子及び窒素を含有する原料シンガス流２８３を、１つ又は複数の冷却器２７５を使用して冷却して、冷却原料シンガス流２９８を供給することができる。１つ又は複数の微粒子除去システム３００を使用して、冷却原料シンガス流２９８から微粒子を部分的又は完全に除去して、微粒子流３０５及び分離シンガス流３１３を供給することができる。分離シンガス流３１３を、１つ又は複数の二次冷却器３７５を使用して冷却して、冷却分離シンガス流３９３を供給することができる。冷却分離シンガス流３９３を１つ又は複数のガス浄化システム４００内で処理して、廃ガス流４０５及び処理シンガス流４１３を供給することができる。

窒素を含有する処理シンガス流４１３を１つ又は複数のガス変換器５００内で変換してガス流５１０を供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のガス変換器５００は、処理シンガス流４１３から窒素を除去して、約２０ｐｐｂｖ以下又は約１０ｐｐｂｖ以下の量のＨＣＮ及びＮＨ３を含有するフィッシャー／トロプシュ原料ガス流を供給するための低温又はメンブレン型システムを含むことができる。窒素除去システムを使用して、システム内の窒素濃度を維持することもできる。ガス流５０３を介してシステムから窒素を回収及び／又は除去することができる。

変換ガス流５１０の少なくとも一部を販売するか、又はさらなる下流プロセス（不図示）を用いて改良することができる。１つ又は複数の実施形態において、変換ガス流５１０の少なくとも一部を１つ又は複数の水素分離器６００に向けることができる。１つ又は複数の実施形態において、処理シンガス流４１３の少なくとも一部は、上記の１つ又は複数のガス変換器５００をバイパスすることができ、１つ又は複数の水素分離器６００に直接供給され得る。

水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部を１つ又は複数の燃料電池６５０への供給原料として使用することができ、水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部を、１つ又は複数の燃焼器７５０における燃料として使用する前に、処理シンガス流４１３と混合することができる。水素が豊富なガス流６１５は、変換ガス流５１０及び／又は処理シンガス流４１３の窒素含有量に応じて異なる量の窒素を含むことができる。

１つ又は複数の実施形態において、水素分離器６００は、窒素を除去する、又は少なくとも本質的に除去して、無窒素又は本質的に無窒素の水素が豊富なガス流６１５及び／又は無窒素又は本質的に無窒素の二酸化炭素が豊富なガス流６０５を供給するための少なくとも１つの窒素分離ユニットを含むことができる。分離した窒素を、ガス流５０３を介してシステムから回収及び／又は除去することができる。

１つ又は複数の実施形態において、合成ガス流４１３の少なくとも一部を水素が豊富なガス流６１５の少なくとも一部と混合して、軸動力を１つ又は複数の発生器７７５に提供することができる１つ又は複数の燃焼タービン７３０のための燃料ガスを供給することができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の熱回収システム８５０を使用して、燃焼タービン排気ガス流８１０（一般に１１００°Ｆ）からの熱を回収して、軸動力を１つ又は複数の発生器８７５に提供することができる蒸気タービン８００に後に使用するための蒸気（ガス流８２０）を生成することができる。蒸気タービン８００からのより低圧の蒸気を（ガス流８３０を介して）熱回収システム８５０に戻すことができる。

１つ又は複数の実施形態において、ガス流７０５を介する雰囲気空気を燃焼タービン７３０に導入して、ガス流７１０を介する圧縮空気をガス化装置２００に直接供給することができる。示されていないが、ガス流５０３を介する分離窒素を除去し、且つ／又は１つ又は複数の燃焼タービン７３０に戻して、燃焼タービン７３０における燃焼温度を下げることによってＮＯｘ放出量を減少させることができる。窒素は、熱量を有さない希釈剤、即ち熱シンクとして作用する。ＮＯｘの形成をさらに最小限に抑えるために、燃焼タービン７３０に入るシンガス流４１３を水で飽和することができる（不図示）。

ガス流８２０内の高圧蒸気の少なくとも一部を１つ又は複数のガス化装置２００及び／又は他の補助蒸気消費プロセス装置（不図示）に導入することができる。１つ又は複数の実施形態において、ガス流８２０からの残留熱を当業者に良く知られている凝縮システムに戻すか、又は地域の蒸気消費者に販売することができる。

任意の１つ又は複数の上記実施形態を別の実施形態と組み合わせることができる。記載のガス化システムは、柔軟性、効率性、及び低放射又はゼロ放射を伴う安全性の優れたバランスを提供する。様々な実施形態におけるガス化装置は、他の循環又は流動床式ガス化装置と比較して、有意に高い循環率、速度及び密度で動作する。これにより、スループットがより高くなり、混合状態がより良好になり、熱及び質量伝達速度が向上する。石炭灰のスラギングは、回収できない大量のエネルギーを必要とするため、該ガス化装置は、スラギングガス化装置と比べて効率性を大きく向上させる。加えて、非スラギング条件は、長い耐火寿命により有用である。単段動作は、さらに効率性を向上させる。現在のガス化装置に対する他の利点としては、優れた気体／固体接触により炭素変換率が高いこと、水消費量が少ないこと、固体再循環率が高いこと、硫黄捕捉率が高いこと、スループットが高いこと、及び小さいフットプリント並びに簡単な機械設計に寄与する高い熱放出率が挙げられる。

一連の上限値及び一連の下限値を用いて、一定の実施形態及び特徴について説明した。特に指定する場合を除いて、任意の下限から任意の上限までの範囲が考えられる。一定の下限、上限及び範囲が、１つ又は複数の請求項に記載されている。すべての数値は、「約」又は「およそ」指定値であり、当業者が想定する実験誤差及び変動が考慮されている。

様々な用語を以上に定義した。請求項に用いられている用語が以上に定義されていなければ、当業者が、少なくとも１つの公開又は公布特許に反映されている用語に与えた最も広い定義が与えられるべきである。また、本出願に引用されているすべての特許、試験手順及び他の特許は、当該開示が本出願と矛盾せず、当該組み込みが許可されるすべての法的権利に矛盾しない範囲内で参照により全面的に組み込まれている。

上記内容は、本発明の実施形態に向けられるが、その基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は、添付の請求項によって決定される。

Claims (39)

1. 電力、化学物質、二酸化炭素及び水素を生成するための方法であって、
   流動反応ゾーンにおいて、１つ又は複数の供給原料と１つ又は複数の酸化剤とを混合するステップと、
   該反応ゾーンを１０５０°Ｆ〜１９００°Ｆの温度に加熱して、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを提供するステップと、
   該合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のタービンに送るステップと、
   該合成ガスの少なくとも一部をメタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ生成物、それらの誘導体又はそれらの組合せに変換するステップと
   を含む方法。
2. 合成ガスが本質的に無窒素である、請求項１に記載の方法。
3. 石灰岩、ドロマイト又はその両方を含有する１つ又は複数の吸着剤を供給原料及び酸化剤と混合するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 供給原料が、２５０μｍから４００μｍの範囲の平均粒径を有する粒子に粉砕されている石炭を含む、請求項１に記載の方法。
5. 酸化剤が、少なくとも７０容量％の酸素を含む、請求項１に記載の方法。
6. 酸化剤が、少なくとも７０容量％の空気を含む、請求項１に記載の方法。
7. 供給原料が、高ナトリウム褐炭、低ナトリウム褐炭、亜歴青炭、歴青炭及び無煙炭からなる群から選択されている石炭系材料を含む、請求項１に記載の方法。
8. 合成ガスが、要求に応じて該１つ又は複数のタービン及びガス変換器に供給される、請求項１に記載の方法。
9. 電力、二酸化炭素及び水素を生成するための方法であって、
   １０５０°Ｆ〜１９００°Ｆに加熱された反応ゾーンにおいて、ポリマー、バイオマス及び石炭を含む供給原料を、１つ又は複数の酸化剤と混合して、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成するステップであって、該ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブレンド、他のポリオレフィン、及びさらなる成分として酸素に限定されたポリ炭化水素からなる群から選択されている、該ステップと、
   該合成ガスのすべて又は一部を１つ又は複数のタービンに送るステップと、
   該合成ガスのすべて又は一部を１つ又は複数のガス変換器に送って、水素、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ生成物、それらの誘導体又はそれらの組合せを生成するステップと
   を含む方法。
10. 該合成ガスが、本質的に無窒素である、請求項９に記載の方法。
11. 吸着剤を該反応ゾーンに添加するステップであって、該吸着剤は、石灰岩、ドロマイト又はそれらの組合せを含むステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 該石炭が、１５０μｍから４５０μｍの平均粒径を有する粒子に粉砕されている、請求項９に記載の方法。
13. 該ポリマーが、１５０μｍから４５０μｍの平均粒径を有する粒子に粉砕されている、請求項９に記載の方法。
14. 加熱前に、粉コークスが該反応ゾーンに供給され、９５０°Ｆ〜１２００°Ｆの温度に加熱される、請求項９に記載の方法。
15. 石炭が、高ナトリウム褐炭、低ナトリウム褐炭、亜歴青炭、歴青炭及び無煙炭からなる群から選択されている、請求項９に記載の方法。
16. 酸化剤が、少なくとも７０容量％の酸素を含む、請求項９に記載の方法。
17. 酸化剤が、少なくとも７０容量％の空気を含む、請求項９に記載の方法。
18. 該１つ又は複数の燃焼タービンの少なくとも１つが、複合サイクルシステムの一部である、請求項９に記載の方法。
19. 該１つ又は複数の燃焼タービンの少なくとも１つが、統合ガス化複合サイクルの一部である、請求項９に記載の方法。
20. 電力、化学物質、二酸化炭素及び水素を生成するための方法であって、
    プラスチック、石炭、灰及び１つ又は複数の酸化剤を流動反応ゾーンにおいて約１０５０°Ｆから約１９００°Ｆの温度で混合するステップであって、該プラスチックは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、それらの誘導体又はそれらの組合せを含んでいる、該ステップと、
    二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む１つ又は複数の合成ガス流を生成するステップと、
    該１つ又は複数の合成ガス流の少なくとも一部を１つ又は複数のタービンに送るステップと、
    該１つ又は複数の合成ガス流の少なくとも一部を１つ又は複数のガス変換器に送って、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ生成物、それらの誘導体又はそれらの組合せを生成するステップと
    を含む方法。
21. 該合成ガス流が、本質的に無窒素である、請求項２０に記載の方法。
22. 石灰岩、ドロマイト又はその両方を含有する１つ又は複数の吸着剤を該石炭及び酸化剤と混合するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
23. 該酸化剤が、少なくとも７０容量％の酸素を含む、請求項２０に記載の方法。
24. 該酸化剤が、少なくとも７０容量％の空気を含む、請求項２０に記載の方法。
25. 該石炭系供給原料が、高ナトリウム褐炭、低ナトリウム褐炭、亜歴青炭及び歴青炭及び無煙炭からなる群から選択されている、請求項２０に記載の方法。
26. 該合成ガス流が、要求に応じて該燃焼タービン及びガス変換器に供給される、請求項２０に記載の方法。
27. 電力、化学物質、二酸化炭素及び水素を生成するための方法であって、
    石炭系供給原料と窒素含有酸化剤を流動反応ゾーンにおいて混合するステップと、
    該反応ゾーンを約１０５０°Ｆ〜１９００°Ｆの温度に加熱して、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素及び水素を含む合成ガス流を提供するステップと、
    該合成ガス流の少なくとも一部を１つ又は複数のタービンに送るステップと、
    該合成ガス流の少なくとも一部を変換して、メタノール、ギ酸アルキル、ジメチルエーテル、アンモニア、フィッシャー・トロプシュ生成物、それらの誘導体又はそれらの組合せを生成するステップと
    を含む方法。
28. 石灰岩、ドロマイト又はその両方を含有する１つ又は複数の吸着剤を該石炭及び酸化剤と混合するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. 石炭が、２５０μｍから４００μｍの範囲の平均粒径を有する粒子に粉砕されている、請求項２７に記載の方法。
30. 該石炭系供給原料が、高ナトリウム褐炭、低ナトリウム褐炭、亜歴青炭、歴青炭、無煙炭及びそれらの組合せからなる群から選択されている、請求項２７に記載の方法。
31. 該合成ガス流が、要求に応じて該燃焼タービンに供給される、請求項２７に記載の方法。
32. 該燃焼タービンからの空気を空気分離ユニットに通して、本質的無窒素流を生成し、該本質的無窒素流の少なくとも一部を該反応ゾーンにリサイクルするステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
33. 電力、化学物質、二酸化炭素及び水素を生成するための方法であって、
    流動反応ゾーンにおいて、１つ又は複数の炭素質材料を含む１つ又は複数の供給原料と、１つ又は複数の酸化剤とを混合するステップと、
    該反応ゾーンを１０５０°Ｆ〜１９００°Ｆの温度に加熱して、エラント酸素（ｅｒｒａｎｔ ｏｘｙｇｅｎ）遊離酸素、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を生成するステップと、
    エラント酸素が、水素と無制御の反応を持続させるのに十分な濃度に達するのを遅らせる、又は防止するのに十分な速度及びレベルでエラント酸素を吸収又は消費することが可能な１つ又は複数の材料を添加するステップと
    を含む方法。
34. 石灰岩、ドロマイト又はその両方を含有する１つ又は複数の吸着剤を該１つ又は複数の供給原料及び酸化剤と混合するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
35. 該炭素質材料が、２５０μｍから４００μｍの範囲の平均粒径を有する粒子に粉砕されている、請求項３３に記載の方法。
36. 該供給原料が、高ナトリウム褐炭、低ナトリウム褐炭、亜歴青炭、歴青炭及び無煙炭からなる群から選択されている、請求項３３に記載の方法。
37. 第２の該材料は、炭素が豊富な灰を含む、請求項３３に記載の方法。
38. 該炭素が豊富な灰が、該流動反応ゾーン内を循環する、請求項３７に記載の方法。
39. 該エラント酸素が該供給原料の供給の中断中に該流動反応ゾーンに入る、請求項３３に記載の方法。

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