JP2014526602A - 炭化水素原料のガス化を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

炭化水素原料のガス化を制御するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

１種以上の炭化水素原料のガス化を制御するシステムおよび方法が提供される。該方法では、第１の酸化剤はガス化装置に導入され、第１の炭化水素原料は第１の酸化剤の下流側でガス化装置に導入され得る。第２の酸化剤もまた第１の酸化剤および第１の炭化水素原料の下流側でガス化装置に導入され得る。第２の酸化剤はガス化装置の外部の位置から導入され得る。シンガスを生成するために、第１の炭化水素原料の少なくとも一部はガス化され得る。

Description

発明の詳細な説明
［背景］
・分野
記載された実施形態は、一般的に、１種以上の炭化水素原料のガス化に関する。より具体的には、それらの実施形態は、１種以上の炭化水素原料のガス化の制御に関する。
・関連技術の説明
ガス化は、通常、炭素含有物質を一酸化炭素と水素ガスとに変換するために高圧下で実施される高温プロセスである。このガスはしばしば、化学薬品の合成または合成炭化水素燃料のために用いられるので、「シンセシスガス（ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ）」または「シンガス（ｓｙｎｇａｓ）」としばしば称される。
ガス化への典型的な原料としては、例えば重質原油、石炭、タールサンドから回収されたアスファルト、油頁岩からのケローゲン、コークス その他の高硫黄および／または高金属含有残渣などの、純粋な、または加工材の残渣である、石油ベースの原料、ガス、および種々の炭素質廃棄材料が存在する。これらの原料は、ガス化装置内で、還元性（無酸素状態の）雰囲気内で、高温かつ（通常は）高圧下で、例えば、燃焼、気化、クラッキング、および／またはガス化などにより反応させることができる。結果として生じるシンガスは、通常、供給された炭素量の約８５％を一酸化炭素として含み、残部が二酸化炭素とメタンとの混合物である。
ガス化装置内で炭化水素が反応する場合に、熱の発生が問題を引き起こし得る。例えば、ガス化装置内の灰などのような循環微粒子の温度が、微粒子が過熱によって軟化し、より大きな粒子を形成し始めるところまで上昇すると、局部的な過熱が生じ得る。このようなより大きな粒子は、例えばガス化装置内を循環できないため、ガス化装置の運転停止を招き得る。また局部的過熱に起因する上昇温度は、ガス化装置内に内張りしている耐火物を損傷し得るのみならず、ガス化装置の外壁にも損傷を与え得る。
それ故、炭化水素原料のガス化を制御するための改善されたシステムおよび方法が必要とされている。
記載された１つ以上の実施形態に係る、１種以上の炭化水素原料をガス化するための例示的なガス化システムを表している。
［詳細な説明］
１種以上の炭化水素原料のガス化を制御するためのシステムまたは方法を提供する。この方法では、第１の酸化剤がガス化装置に導入され、また第１の炭化水素原料がガス化装置における第１の酸化剤の下流に導入され得る。次に第２の酸化剤がガス化装置における第１の酸化剤および第１の炭化水素原料の下流に導入され得る。第２の酸化剤はガス化装置の外部の位置から導入され得る。第１の炭化水素原料の少なくとも一部は、シンガスを製造するためにガス化され得る。
１種以上の炭化水素原料をガス化するためのガス化装置には、単一のガス化装置のほか直列および／または並列に並べられた２つ以上のガス化装置を含むことができる。１種以上の酸化剤および１種以上の炭化水素材料または炭化水素原料がガス化装置に向けられ、供給または導入され得る。ガス化装置への酸化剤および炭化水素原料の全量を散在させて導入することで、例えば炭化水素原料の少なくとも部分的な燃焼、気化、クラッキングおよび／またはガス化を含むガス化装置内で生ずる種々の反応を制御して、ガス化装置内での望ましくない高温の発生を低減させたりまたは排除することを促すことができる。１種以上の酸化剤および／または１種以上の炭化水素原料は、ガス化装置の長さに沿って互いに散在させて導入することができる。酸化剤および炭化水素原料は互いに交互に散在され得る。２つの隣接する供給物、例えば酸化剤と炭化水素原料との間の距離は、他の２つの隣接する供給物の距離と同じであっても異なってもよい。一般的には、いずれか２つの隣接する供給物間の距離は、２つの隣接する供給物を混合するのに十分な距離とする。ガス化装置への導入に際して、１種以上の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼、気化、クラッキング、および／またはガス化し、熱、燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素および／またはガス化炭化水素（「シンセシスガス」または「シンガス」）をガス化装置内に生じさせることができる。燃焼を介して生じる熱と、その結果生じる温度上昇とを調整するのに、炭化水素原料に対する酸化剤の比率を制御することを利用することができ、そして、温度上昇は、例えば気化、クラッキングおよび／またはガス化などのガス化装置内での他の反応を促進するのに利用できる。
本明細書で論述されるガス化装置には、３つの酸化剤が導入され得るが、いくつの酸化剤がガス化装置に向けて供給または導入されてもよい。例えば、ガス化装置に導入される酸化剤の数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれより多くてもよい。同様に、本明細書で論述されるガス化装置に向けて、２つの炭化水素原料が供給または導入され得るが、いくつの炭化水素原料がガス化装置に導入されてもよい。例えば、ガス化装置に導入される炭化水素原料の数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれより多くてもよい。少なくとも１つの実施例では、２つの酸化剤および１種以上の炭化水素原料がガス化装置に導入され得る。少なくとも１つの他の実施例では、３つの酸化剤および２つの炭化水素原料がガス化装置に導入され得る。少なくとも１つの他の実施例では、４つの酸化剤および３つの炭化水素原料がガス化装置に導入され得る。
また、ガス化システムは、１つ以上の始動用ヒーターを含み得る。始動用ヒーターは、ガス化装置の始動および／または加熱を補助し得る始動用燃焼ガスを提供するために、１つ以上の始動用燃料を少なくとも部分的に燃焼することができる。始動用燃焼ガスをガス化装置内の１つ以上の位置に導入できることに留意されたい。あるいは、始動用ヒーターは、その後にガス化装置に導入され得る始動用媒体に熱を間接的に伝達することができる。例示する始動用媒体には、以下に限定されないが、窒素、二酸化炭素、例えば再生燃焼製品などの燃焼ガス製品、あるいはこれらの組み合わせが含まれ得る。
各ガス化装置は、１つ以上の第１の混合ゾーン、１つ以上の第２の混合ゾーン、１つ以上のライザ（ｒｉｓｅｒｓ）またはガス化ゾーン、１つ以上の解放装置（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｒｓ）または分離装置、１つ以上のスタンドパイプ、および１つ以上の移動ラインを含み得る。ガス化システムが２つ以上のガス化装置を含む場合には、各ガス化装置は、他のガス化装置から独立して構成され得るか、または１つ以上の混合ゾーン；ガス化ゾーン；分離装置および／またはスタンドパイプのいずれかを共有し得る場所に構成され得る。説明を簡潔で容易にするために、ガス化装置の実施形態を、単一の反応列の状況でさらに説明する。
第１の酸化剤および始動用燃焼ガス（例えばガス化装置の始動の間に使用される場合）および／または不活性媒体（例えばガス化装置の加熱の間に使用される場合）は、第１の混合ゾーンに導入されることができ、さらに第１の混合ゾーンから第２の混合ゾーン中に流入することができる。第１の炭化水素原料は、第２の混合ゾーンに導入され得る。循環微粒子は、第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーンおよび／または第１の混合ゾーンと第２の混合ゾーンとの間に導入され得る。第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素質物質の少なくとも一部は、燃焼され、気化され、クラッキングされ、および／またはガス化され、第２の混合ゾーン内で第１の熱、第１の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはガス化炭化水素（「シンガス」）を発生し得る。第１の炭化水素原料は、通常、第１の酸化剤に対して下流側で第１の混合ゾーンに導入され得る。
第１の炭化水素原料および／または循環微粒子上に堆積された炭素質物質ならびに微粒子自体の気化、クラッキングおよび／またはガス化は、第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素質物質の少なくとも一部を燃焼させることで、発生した熱の少なくとも一部を吸収することができる。第１の混合ゾーンに導入される酸化剤の量は、少なくとも一部は、導入された第１の炭化水素の量および／または循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素および／または炭素質物質の量に基づき得る。導入された炭素質物質の量に対する酸化剤の量を制御することは、第２の混合ゾーン内での温度を制御するのに利用できる。換言すれば、導入する酸化剤の量を制御することで、炭素質物質の燃焼により生じる温度上昇を制御、または適切化することができる。例えば、第１の熱、第１の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素および／またはシンガスなどの得られた流体／微粒子の混合物は、第２の混合ゾーンを通ってガス化ゾーンに流れ得る。
導入された第１の炭化水素原料、導入された第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子上に堆積された炭素質物質の少なくとも一部を燃焼させて放出された熱、例えば本明細書で論述されるような第１の熱および／または第２の熱などについて考慮すると、より詳細には、熱は、吸熱気化、クラッキングおよび／またはガス化反応により吸収され得る。循環微粒子の大きな熱質量の温度を制御することで、一般的に燃焼に関連した温度上昇を適切なものとすることを補助でき、また一般的に気化、クラッキングおよび／またはガス化に関連した温度低下を適切なものとすることを補助できる。例えば、１種以上の炭化水素原料をガス化装置に導入することができ、ガス化装置内で少なくともその一部がガス化されて、ガス化炭化水素（シンガス）を発生する。ガス化炭化水素（シンガス）には、以下に限定されないが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、水蒸気、またはこれらのあらゆる組み合わせが含まれ得る。また、１種以上の炭化水素原料の少なくとも一部は、ガス化装置内で燃焼されて燃焼ガスを発生し得る。また、１種以上の炭化水素原料の少なくとも一部は、燃焼ガスの存在下で気化されて、気化炭化水素を発生し得る。また、１種以上の炭化水素原料の少なくとも一部は、ガス化炭化水素の存在下でクラッキングされて、クラッキング炭化水素を発生し得る。１種以上の炭化水素原料の少なくとも一部は、循環微粒子上に堆積して、炭素含有微粒子、または「コークス化」微粒子を生成し得る。循環微粒子上に堆積された炭素の少なくとも一部は、ガス化装置内で燃焼されて、燃焼ガスの一部および循環微粒子を生成し得る。したがって、１種以上の炭化水素原料は、ガス化装置内で、燃焼され、気化され、クラッキングされ、ガス化され、および／または微粒子上に堆積され得る。燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはガス化炭化水素の少なくとも一部は、炭化水素含有微粒子から選択的に分離され得る。例えば、ガス化炭化水素の少なくとも一部は、炭化水素含有微粒子から選択的に分離され、熱ガス製品またはシンガスを提供し得る。循環微粒子上に堆積された炭素の少なくとも一部は、１種以上の炭化水素原料の不完全なガス化および／または燃焼の結果となり得る。循環微粒子上に堆積された炭素の少なくとも一部は、例えば炭素含有微粒子がガス化ゾーンからスタンドパイプ、移動ラインまたは再生利用ラインを通って、第１および／または第２の混合ゾーンに戻るように循環される場合に、緩やかにガス化を続け、酸化剤と共に燃焼して一酸化炭素を発生し、および／または粗大灰分および／または微小灰分をガス化装置に残留させ得る。
第１の混合ゾーンに導入された第１の酸化剤、第２の混合ゾーンに導入された第１の炭化水素原料、および／または第２の混合ゾーンに導入された上面に堆積された炭素質物質を含み得る微粒子は、第２の混合ゾーン内で、例えば循環微粒子の少なくとも一部に第１の温度など、１種以上の循環微粒子に第１の熱および第１の温度を発生させ得る。換言すれば、第１の炭化水素原料中に含まれる炭素質物質および／または粒子上に堆積された炭素質物質の少なくとも一部を燃焼することで、第１の熱、および第１の温度の１種以上の循環微粒子を発生させることができる。第１の熱の少なくとも一部は、揮発性成分の気化、クラッキングおよび／またはガス化により、および／または第１の炭化水素原料のガス化の開始により、第２の混合ゾーン内で循環微粒子の第１の温度の低下を促すために吸収され得る。第２の混合ゾーン内での１種以上の循環微粒子の第１の温度は、最低が約７００℃、約７５０℃、または約８００℃、最高が約９００℃、約９５０℃、または１，０００℃以上の範囲となり得る。例えば、第２の混合ゾーン内での１種以上の循環微粒子の第１の温度は、約７００℃から約１，０００℃、約７２５℃から約９７５℃、約７５０℃から約９５０℃、または約７７５℃から約９２５℃の範囲となり得る。
第２の酸化剤は、第１の炭化水素原料の下流側で第２の混合ゾーンに導入され得る。１つ以上の実施形態では、第２の炭化水素原料は、第２の酸化剤の下流側で第２の混合ゾーンに導入され得る。第２の酸化剤の存在下で、第１の炭化水素原料の少なくとも一部、循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素質物質、および／または第２の炭化水素原料の少なくとも一部は、第２の混合ゾーン内で、燃焼され、気化され、クラッキングされ、および／またはガス化され、例えば、第２の熱、第２の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはシンガスなどの流体／微粒子の混合物を発生し得る。その上に炭素質物質の堆積がある、または堆積のない第１の炭化水素原料および／または循環微粒子で起こり得る反応と同様に、第２の炭化水素原料もまた、第１の炭化水素原料の少なくとも一部、第２の炭化水素原料の少なくとも一部、および／または循環微粒子の上に堆積および／または残存するあらゆる炭素質物質の燃焼により発生する熱の一部を吸収することができる。したがって、導入される第２の酸化剤の量は、少なくともその一部は、導入される第１の炭化水素原料の量、循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素質物質の量、および／または導入される第２の炭化水素原料の量に基づき得る。第２の混合ゾ−ン内で、炭素質物質の量に対して第２の酸化剤の量を制御することは、第２の混合ゾーン内の温度を制御することに利用できる。換言すれば、導入する第２の酸化剤の量を制御することで、第１の炭化水素原料、循環微粒子上に堆積されたあらゆる炭素質物質および／または第２の炭化水素原料が燃焼することで発生する温度上昇が制御、あるいは適切化され得る。
第２の混合ゾーンに導入された第２の酸化剤は、第２の混合ゾーン内で、循環微粒子の第１の温度の上昇をもたらし、１種以上の循環微粒子の第２の温度、例えば循環微粒子の少なくとも一部などの第２の温度を発生させ得る。導入された第２の酸化剤を利用して、第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子上に堆積したあらゆる炭素質物質を燃焼することで、第２の熱を発生させることができ、また循環微粒子の第１の温度を上昇させて第２の温度で１種以上の循環微粒子を発生させることができる。第２の混合ゾーン内での１種以上の循環微粒子の第２の温度は、最低が約７００℃、約７５０℃、または約８００℃、最高が約９００℃、約９５０℃、または１，０００℃以上の範囲となり得る。例えば、第２の混合ゾーン内での１つ以上の循環微粒子の第２の温度は、約７００℃から約１，０００℃、約７２５℃から約９７５℃、約７５０℃から約９５０℃、または約７７５℃から約９２５℃の範囲となり得る。
１つ以上の実施形態では、第２の混合ゾーンに導入された第２の炭化水素原料は、第２の混合ゾーン内において、１つ以上の循環微粒子の第３の温度、例えば循環微粒子の少なくとも一部などの第３の温度を発生させ得る。燃焼により発生した熱の少なくとも一部は、揮発性成分の気化および／またはクラッキングにより、第１の炭化水素原料のガス化を継続することにより、第２の炭化水素原料のガス化を開始することにより、またはこれらを組み合わせることにより吸収されて、第２の混合ゾーン内で循環微粒子の第３の温度を低下させ得る。第２の混合ゾーン内での１つ以上の循環微粒子の第３の温度は、最低が約７００℃、約７５０℃、または約８００℃、最高が約９００℃、約９５０℃、または１，０００℃以上の範囲となり得る。例えば、第２の混合ゾーン内での１つ以上の循環微粒子の第３の温度は、約７００℃から約１，０００℃、約７２５℃から約９７５℃、約７５０℃から約９５０℃、または約７７５℃から約９２５℃の範囲となり得る。
１つ以上の実施形態では、第３の酸化剤は、第２の混合ゾーンに、および／または第２の酸化剤および／または第２炭化水素原料から下流側でガス化ゾーンに導入され得る。第３の酸化剤の導入は、ガス化ゾーンの方向に流れる流体／微粒子の混合物および／またはガス化ゾーン内の流体／微粒子の混合物の熱を制御または調整するのに用いられ得る。例えば、ガス化ゾーン内において、何らかの残留揮発性物質および／または炭化水素原料を気化、クラッキングおよび／またはガス化するといった追加的な反応を実施するためにさらに熱が必要な場合には、第３の酸化剤の量を増加させることができる。別の実施例では、ガス化ゾーンにおいて追加的な反応を実施するためにより少ない熱しか必要でない場合には、第３の酸化剤の量を減少させるかまたは完全に停止させることができる。したがって、第３の酸化剤は「トリム」酸化剤と称され得るが、それは第３の酸化剤が、温度、または第２の混合ゾーンからガス化ゾーンに流れ込む流体／微粒子の混合物を介してガス化ゾーンに導入される熱量を調整するために用いられ得るからである。
第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンへの第３の酸化剤の導入は、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内で、１つ以上の循環微粒子の第４の温度、例えば循環微粒子の少なくとも一部の第４の温度を発生および／または調整するために用いられ得る。例えば、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンへの第３の酸化剤の量を増加させると、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンで１つ以上の循環微粒子の第４の温度を上昇させるのに役立ち得る。別の実施例では、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンへの第３の酸化剤の量を減少させると、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンで１つ以上の循環微粒子の第４の温度を低下させるのに役立ち得る。したがって、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンへの第３の酸化剤の導入は、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内で１つ以上の循環微粒子の第４の温度を調整または調節するのに役立ち得る。
第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内での１つ以上の循環微粒子の第４の温度は、最低が約７００℃、約７５０℃、または約８００℃、最高が約９００℃、約９５０℃、または１，０００℃以上の範囲となり得る。例えば、第２の混合ゾーン内および／またはガス化ゾーン内での１つ以上の循環微粒子の第４の温度は、約７００℃から約１，０００℃、約７２５℃から約９７５℃、約７５０℃から約９５０℃、または約７７５℃から約９２５℃の範囲となり得る。
本明細書で論述したような１つ以上の炭化水素原料のガス化を制御するシステムおよび方法を利用する場合、第２の混合ゾーン内の１つ以上の循環微粒子の第１の温度、第２の混合ゾーン内の１つ以上の循環微粒子の第２の温度、第２の混合ゾーン内の１つ以上の循環微粒子の第３の温度、および／または第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内の１つ以上の循環微粒子の第４の温度は同一であることも異なることもあり得る。第１の温度、第２の温度、第３の温度および／または第４の温度が異なる場合、その差は、互いに、約１５０℃以下、約１２５℃以下、約１００℃以下、約７５℃以下、約５０℃以下、約２５℃以下となり得る。例えば、第１、第２、第３および／または第４の温度が異なる場合には、その差は、互いに、最低が約１℃、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約２５℃から最高が約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃の範囲となる得る。別の実施例では、第１、第２、第３および／または第４の温度が異なる場合、その差は、互いに、約１℃から約１５０℃、約５℃から約１２５℃、約１０℃から約１００℃、約１５℃から約８０℃、約２０℃から約７５℃、約２５℃から約５０℃、または約２５℃から約４５℃の範囲となり得る。別の実施例では、第１の温度と第２の温度との間の差、または第２の温度と第３の温度との間の差、または第３の温度と第４の温度との間の差は、互いに、最低が約１℃、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約２５℃から最高が約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃の範囲となり得る。別の実施例では、第１の温度と第２の温度との間の差、または第２の温度と第３の温度との間の差、または第３の温度と第４の温度との間の差は、互いに、約１℃から約１５０℃、約５℃から約１２５℃、約１０℃から約１００℃、約１５℃から約８０℃、約２０℃から約７５℃、約２５℃から約５０℃、または約２５℃から約４５℃の範囲となり得る。
ライザまたはガス化ゾーン内の反応には、以下に限定されないが、導入された何らかの残留炭素質物質および／または炭素質物質含有微粒子の気化、クラッキングおよび／またはガス化を含み得る。加えて、例えば第１および／または第２の炭化水素原料などの１種以上の炭化水素原料からの例えば炭素などの炭素質物質は、その上に炭素質物質を堆積させた微粒子を提供するために、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内で微粒子上に堆積され得る。以下にさらに詳細に述べるように、その上に炭素質物質を堆積させた循環微粒子の少なくとも一部は、第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンに、例えば次々におよび／または第１および第２の混合ゾーン間に、再循環されるかまたは再生利用され得る。
ガス化ゾーン内の温度は、流体／微粒子混合物または「シンガス」を生成するために、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子上に堆積した炭素質物質などの、何らかの残留炭化水素原料の少なくとも一部をガス化するの十分となり得る。例えば、ガス化ゾーン内の温度は、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子上に堆積した炭素質物質などの、全ての残留炭化水素原料をガス化するのに十分となり得る。別の実施例では、ガス化ゾーン内の温度は、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料および／または循環微粒子上に堆積する炭素質物質などの、炭化水素原料の形態でガス化ゾーンに導入される炭素質物質のガス化、クラッキング、気化および／または堆積するのに十分となり得る。ガス化ゾーン内の温度は、最低が約７００℃、約７５０℃または約８００℃、最高が約９００℃、約９５０℃、約１，０００℃、約１，１００℃、約１，２００℃またはそれ以上の範囲となり得る。例えば、ガス化ゾーン内の温度は、約７００℃から約１，１５０℃、約７５０℃から約１，０５０℃、約７７５℃から約９７５℃または約８００℃から約９５０℃の範囲となり得る。
第２の混合ゾ−ンおよび／またはガス化ゾーン内の１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーン内の温度を、本明細書で開示されたように、例えば第１の酸化剤、第１の炭化水素原料および第２の酸化剤などの酸化剤および炭化水素原料を導入することで、本明細書で開示された範囲に維持することができる場合には、第２の炭化水素原料および第３の酸化剤を導入することを延期または除外することができる。また例えば、第２の混合ゾ−ンおよび／またはガス化ゾーン内の１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーン内の温度を、本明細書で開示されたように、例えば第１の酸化剤、第１の炭化水素原料、第２の酸化剤および第２の炭化水素原料などの酸化剤および炭化水素原料を導入することで、本明細書で開示された範囲に維持することができる場合には、第３の酸化剤を導入することを延期または除外することができる。また例えば、第２の混合ゾ−ンおよび／またはガス化ゾーン内の１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーン内の温度を、本明細書で開示されているように、例えば第１の酸化剤、第１の炭化水素原料、第２の酸化剤、および第３の酸化剤などの酸化剤および炭化水素原料を導入することで、本明細書で開示された範囲に維持することができる場合には、第２の炭化水素原料を導入することを延期または除外することができる。したがって、本明細書で論述する方法およびシステムは、第２混合ゾーンおよびガス化ゾーンを所望の温度に維持するために、ガス化装置の動作を調整または調節するために用いることができる。
例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの酸化剤および炭化水素原料の添加順序は、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンにおける１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーン内の温度が、本明細書で論述されるように維持できる限り、どのような順序であってもよい。例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの酸化剤および炭化水素原料の導入の期間は、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンにおける１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーン内の温度が、本明細書で論述されるように維持できる限り、どのような期間であってもよい。例えば、第１の炭化水素原料を一時的に中断している間に、第２の炭化水素原料を導入し、その後、第１の炭化水素原料を再度導入することができる。別の実施例では、第１の酸化剤、第３の酸化剤、または双方を一時的に中断している間に、第２の酸化剤を導入し、その後、第１の酸化剤、第３の酸化剤、または双方を再度導入できる。またさらに別の実施例では、第１の酸化剤、第２の酸化剤、または双方を一時的に中断している間に、第３の酸化剤を導入し、その後、第１の酸化剤、および第２の酸化剤、または双方を再度導入できる。
例えば、第１の酸化剤と第１の炭化水素原料との接触、または第１の炭化水素原料と第２の酸化剤との接触、または第２の酸化剤と第２の炭化水素原料との接触、または第２の炭化水素原料と第３の酸化剤との接触というような、２つの隣接する供給物の接触時間は、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンの１種以上の循環微粒子の温度およびガス化ゾーンの温度が、本明細書で論述されたように維持され得る限り、どのような時間であってもよい。一般的に、２つの隣接する供給物の接触時間により、第２の混合ゾーン内で例えば燃焼、気化、クラッキングおよび／またはガス化などの反応を引き起こし、例えば第１の熱、第１の燃焼ガス、第２の熱、第２の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、シンガスなどを発生させることができる。一般的に、２つの隣接する供給物の接触時間は、約０．１秒、約０．２秒、約０．３秒、約０．４秒、約０．５秒、約１秒、約２秒、約５秒、約１０秒またはそれ以上となり得る。
第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーン内で発生された流体／微粒子混合物またはシンガスは、第１の分離装置に導入されることができ、第１の分離装置にて、微粒子の少なくとも一部が分離されることができ、第１の分離シンガスと分離微粒子とが生じ得る。分離微粒子の全部または一部は、スタンドパイプに導入され得る。全部または一部の分離微粒子は、ガス化装置から除去され得る。ガス化装置から微粒子を除去することは、スタンドパイプ内の微粒子の高さ、および／またはガス化装置内を循環する微粒子の総量を制御するために用いられ得る。第１の分離ガスは、第２の分離装置に導入されることができ、第２の分離装置にて、微粒子の第２の部分が幾らかでも存在するならば、それらは分離されて分離ガス製品または分離シンガスが得られ、またスタンドパイプに導入され得る分離微粒子が得られ得る。分離装置は、流体／微粒子混合物から微粒子の少なくとも一部を分離または除去できるものであれば、どのようなデバイス、システム、または複数のデバイスおよび／またはシステムの組み合わせであることも、またそれらを含むこともできる。例示的な分離装置としては、以下に限定されないが、サイクロン（ｃｙｃｌｏｎｅｓ）、脱塩装置（ｄｅｓａｌｔｅｒｓ）および／またはデカンタ（ｄｅｃａｎｔｅｒｓ）を含み得る。
上述のように、表面に堆積した炭素質物質を含み得る微粒子は、スタンドパイプから第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンへと、例えば次々に、および／または第１および第２の混合ゾーンの間などに、移動ラインまたは「再生利用」ラインを介して再生利用することができる。始動用加熱装置がガス化装置の始動または加熱に使用されるか、さもなければガス化装置の運転が開始される場合に、始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体がガス化装置内に導入される前に、微粒子はガス化装置内に充填されるか、さもなければ配置され得る。したがって、微粒子の循環は、第１の混合ゾーンに始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体が導入される前に始まり得る。ガス化装置内の微粒子を循環させるためにガス化装置内に１種以上の駆動用流体を提供するために、１種以上の流体を１つ以上の移動ライン、スタンドパイプおよび／または再生利用ラインに導入し得る。ガス化装置に導入される例示的な駆動用流体としては、以下に限定されないが、窒素などのような不活性ガス、再生利用シンガスなどのような可燃性ガス、二酸化炭素、燃焼ガス、またはこれらを組み合わせなどを含み得る。
例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料のような炭化水素原料は、第２の混合ゾーンに導入することができる。別の実施例では、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料のような炭化水素原料は、第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーン、ガス化ゾーン、および／またはガス化ゾーンと第１分離装置とを接続する移動ラインに導入され得る。
例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤、第１の炭化水素原料、および／または第２の炭化水素原料のような酸化剤および炭化水素原料は、継続的に、断続的に、同時に、個別に、連続的に、あるいはこれらの組み合わせによりガス化装置に導入され得る。
１つ以上のバルブまたは流通制限デバイスは、酸化剤、始動用燃焼ガス、不活性媒体、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料のような炭化水素原料、熱ガス製品またはシンガス、１種以上の駆動流体、および／または微粒子の量を制御または調整するために使用することができる。
第１の酸化剤として導入される酸化剤の量は、例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤の酸化剤総量のようにガス化装置に導入される酸化剤総量に基づいて、最低が約３５％、約４０％、約４５％から最高が約９０％、約９５％、約９９％、約９９．９％または約１００％の範囲となり得る。例えば、第１の酸化剤として導入される酸化剤の量は、ガス化装置に導入される酸化剤の総量に基づいて、約３５%から１００％、約４０％から約９９．９％、約４５％から約９５％、または約５０％から約９０％の範囲となり得る。第２の酸化剤として導入される酸化剤の量は、ガス化装置に導入される酸化剤の総量に基づいて、最低が約１５％、約２０％、約２５％から最高が約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、または約６５％の範囲となり得る。例えば、第２の酸化剤として導入される酸化剤の量は、ガス化装置に導入される酸化剤の総量に基づいて、約１５%から約６５％、約２０％から約６０％、約２５％から約５５％、約３０％から約５０％の範囲となり得る。１つ以上の実施形態では、第３の酸化剤として導入される酸化剤の量は、ガス化装置に導入される酸化剤の総量に基づいて、最低が約５％、約１０％、約１５％から最高が約３５％、約４０％、約４５％、約５０％または約５５％の範囲となり得る。例えば、第３の酸化剤として導入される酸化剤の量は、ガス化装置に導入される酸化剤の総量に基づいて、約５％から約５５％、約１０％から約５０％、約１５%から約４５％、または約２０％から約４０％の範囲となり得る。
第１の炭化水素原料としてガス化装置に導入される炭素質物質の量は、例えば、第１および第２の炭化水素原料のうちの炭素質物質の総量のようにガス化装置に導入される炭素質物質の総量に基づいて、最低が約１５％、約２５％、約３０％から最高が約６０％、約７０％、約８０％、約９０％または約１００％の範囲となり得る。例えば、第１の炭化水素原料の量は、ガス化装置に導入される炭素質物質の総量に基づいて、約２５%から約９５％、約２５％から約７５％、約３５％から約７５％、約４０％から約７５％、または約５０％から約６５％の範囲となり得る。１つ以上の実施形態では、第２の炭化水素原料としてガス化装置に導入される炭素質物質の量は、ガス化装置に導入される炭素質物質の総量に基づいて、最低が約１５％、約２５％、約３０％から最高が約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または１００％の範囲となり得る。例えば、第２の炭化水素原料の量は、ガス化装置に導入される炭素質物質の総量に基づいて、約２５％から約９５％、約２５％から約７５％、約３５％から約７５％、約４０％から約７５％、または約５０％から約６５％の範囲となり得る。炭素質物質が、第１の炭化水素原料および第２の炭化水素原料として導入される場合には、第１の炭化水素原料と第２の炭化水素原料との重量比は、約８０：２０、約７５：２５、約７０：３０、約６５：３５、約６０：４０、約５５：４５、約５０：５０となり得る。
ガス化装置に導入される酸化剤、例えば第１の酸化剤、第２の酸化剤、および／または第３の酸化剤として導入される酸化剤の総量は、ガス化装置に導入される炭素の全てが完全燃焼するのに必要とされる酸化剤の化学量論量の約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、または約３０％未満となり得る。ガス化装置内で二酸化炭素を超えた一酸化炭素の形成を促進するために、ガス化装置内の炭素に対する酸素のモル比は、準化学量論比率で維持され得る。ガス化装置に導入される全酸化剤、例えば、第１、第２および第３の酸化剤における酸化剤の総量と、ガス化装置に導入される炭素質物質の総量、例えば、第１および第２の炭化水素原料内の炭素質の総量とのモル比は、約０．１５：１、約０．２０：１、約０．２４：１、約０．３０：１、または約０．３５：１となり得る。ガス化装置に導入される全酸化剤と、ガス化装置に導入される炭素質物質の総量とのモル比は、約０．１０：１から約０．５０：１の範囲、約０．１５：１から約０．４５：１の範囲、約０．２０：１から約０．４０：１、または約０．２４：１から約０．３５：１の範囲となり得る。
１つ以上の実施形態では、酸化剤、例えば第１の酸化剤、第２の酸化剤、および第３の酸化剤は、互いに同様のものでも異なるものでもよい。１つ以上の実施形態において、炭化水素原料、例えば第１の炭化水素原料および第２の炭化水素原料は、互いに同様のものでも異なるものでもよい。１つ以上の実施形態では、酸化剤および炭化水素原料、例えば第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料は、発生源および／またはガス化装置の外部の位置から、ガス化装置に導入され得る。
本明細書で用いられる「炭化水素原料」という用語は、固体、液体、ガスまたはこれらいずれかの組み合わせであろうと１つ以上の炭素含有物質を指す。例えば、炭化水素原料には、２種以上の炭素質物質を混合もしくは組み合わせたものが含まれ得る。適切な炭素質物質の例としては、以下に限定されないが、バイオマス（すなわち、植物性および／または動物性物質、植物性および／または動物性誘導物質）；石炭（例えば、高ナトリウムおよび低ナトリウム亜炭、亜炭、亜瀝青炭および／または無煙炭)；油頁岩；コークス；タール；アスファルテン；ビチューメン、低灰または無灰質重合体；炭化水素基重合物質；バイオマス誘導物質；またはこれらの製造過程で得られる副製品を含み得る。適切な炭化水素基重合体物質の例としては、以下に限定されないが、熱可塑性物質、エラストマ、ゴム、ポリプロピレン含有物、ポリエチレン、ポリスチレン、他のポリオレフィン含有物、単独重合体、共重合体、ブロック共重合体およびこれらの混合物；ＰＥＴ（テレフタール酸ポリエチレン）、多重混合物、酸素含有多重炭化水素；重質炭化水素スラッジ、炭化水素ワックスなどのような石油精製所および石油化学プラントからの残油；これらの混合物、これらの誘導物；およびこれらの組み合わせを含み得る。
また、炭化水素原料は、例えばカーペットおよび／またはバンパーやダッシュボードを含むプラスチック製自動車部品／コンポーネントなどの１種以上の廃棄消費財と結合された１つ以上の炭素質物質を含み得る。このような廃棄消費財は、ガス化装置内に適合するように寸法を小さくすることが好ましくなり得る。炭化水素原料としては、１種以上の再生利用プラスチック、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、これらの誘導体、これらの混合物、またはこれらを組み合わせたものが含まれ得る。したがって、本明細書で論述するシステムおよび方法は、すでに製造された材料の適切な処分のための場所の提供に対して有用となり得る。
例えば、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの炭化水素原料は、固体である場合には、平均粒径が最小で約１μｍ、約１０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、または約２００μｍから、最大で約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍまたは約５００μｍの範囲となり得る。例えば、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの炭化水素原料の平均粒径は、固体である場合には、約７５μｍから約４７５μｍ、約１２５μｍから約４２５μｍ、または約１７５μｍから約３７５μｍの範囲となり得る。別の実施例では、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの炭化水素原料は、固体である場合には、約３００μｍ未満の平均粒径になるように破砕され得る。例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料のような炭化水素原料は、固体である場合には、ドライフィードとしてガス化装置に導入され得るか、またはスラリーまたは懸濁液としてガス化装置に運搬され得る。スラリーまたは懸濁液を形成するのに適した流体は、以下に限定されないが、二酸化炭素、蒸気、水、窒素、空気、シンガス、またはこれらを組み合わせたものを含み得る。
本明細書で用いられるように、「酸化剤」という用語は、例えば、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子上に堆積する炭素質物質などの、炭化水素原料の少なくとも一部の燃焼に寄与することができる何らかの酸素含有化合物を含む。例示的な酸化剤には、以下に限定されないが、空気、酸素、本質的に酸素、酸素富化空気、酸素と空気との混合物、蒸気を伴なう空気および／または酸素の混合物、酸素と例えば窒素および／またはアルゴンなどの１種以上の不活性ガスとの混合物、またはこれらを組み合わせたものを含み得る。例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、および／または第３の酸化剤といった酸化剤は、約２０容量％以上の酸素、約３０容量％以上の酸素、約４０容量％以上の酸素、約５０容量％以上の酸素、約６０容量％以上の酸素、約６５容量％以上の酸素、約７０容量％以上の酸素、約７５容量％以上の酸素、約８０容量％以上の酸素、約８５容量％以上の酸素、約９０容量％以上の酸素、約９５容量％以上の酸素、約９９容量％以上の酸素を含み得る。本明細書で用いられるように、「本質的に酸素」という用語は、５０容量％より多くの酸素を含む酸素流を指す。本明細書で用いられるように、「酸素富化空気」という用語は、約２１容量％の酸素から約５０容量％の酸素を含むガス混合物を指す。酸素富化空気および／または本質的に酸素は、例えば空気の低温蒸留、圧力スイング吸着、薄膜分離、またはこれらの組み合わせから得られ得る。例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、および／または第３の酸化剤といった酸化剤は、無窒素、または本質的に無窒素となり得る。本明細書で用いられるように、「本質的に無窒素」という用語は、約５容量％以下の窒素、約４容量％以下の窒素、約３容量％以下の窒素、約２容量％以下の窒素または約１容量％以下の窒素を含む酸化剤を指す。
ガス化装置の配置は、本明細書で論述されるように、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子上に堆積した炭素質物質などの、炭化水素原料のガス化を適切に行う配置ならばどんな配置でもよい。ガス化装置は、垂直、水平またはその間のどんな角度でも配置または配向することができる。例えば、ガス化装置の配置が垂直である場合には、第１の混合ゾーンおよび第２の混合ゾーンは、それぞれ、「下方」または「上流側」混合ゾーンと称されてもよく、また、「上方」または「下流側」混合ゾーンと称されてもよい。したがって、第１の炭化水素原料は、第２または「上方」または「下流側」の混合ゾーンに導入され、即ち、第１の酸化剤の上方または下流側で、第１または「下方」または「上流側」混合ゾーンに導入され得る。第２の酸化剤は、第１の炭化水素原料の上方または下流側で、第２または「上方」または「下流側」混合ゾーンに導入され得る。第２の炭化水素原料は、第２の酸化剤の上方または下流側で、第２または「上方」または「下流側」混合ゾーンに導入され得る。第３の酸化剤は、第２の酸化剤および／または第２の炭化水素原料の上方または下流側で、第２または「上方」または「下流側」混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンに導入され得る。本明細書で論述する垂直配置により、例えば第１、第２、第３の酸化剤および第１、第２の炭化水素原料などの酸化剤および炭化水素原料をガス化装置に散在するように導入することができる。
ガス化装置の配置が水平である場合には、第１の混合ゾーンおよび第２の混合ゾーンは、それぞれ、「上流側」混合ゾーンおよび「下流側」混合ゾーンと称され得る。例えば、第１の炭化水素原料は、第１または「上流側」混合ゾーンに導入された第１の酸化剤の後方または下流側で、第２または「下流側」混合ゾーンに導入され得る。第２の酸化剤は、第１の炭化水素原料の後方または下流側で、第２または「下流側」混合ゾーンに導入され得る。第２の炭化水素原料は、第２の酸化剤の後方または下流側で、第２または「下流側」混合ゾーンに導入され得る。第３の酸化剤は、第２の酸化剤および／または第２の炭化水素原料の後方または下流側で、第２のまたは「下流側」混合ゾーンおよび／またはガス化ゾーンに導入され得る。本明細書で論述する水平配置により、例えば第１、第２および第３の酸化剤および第１、第２の炭化水素原料などの、酸化剤および炭化水素原料をガス化装置に散在させて導入できる。
「上流側」および「下流側」という用語は、例えば、第１の酸化剤、第２の酸化剤、第３の酸化剤、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの、酸化剤と炭化水素原料との相互位置を示すものと理解されたい。「上流側」および「下流側」という用語は、ガス化装置の配置を限定することを意味していない。
シンガスは、約８５容量％以上の一酸化炭素および水素を含み、残部が主として二酸化炭素およびメタンとなり得る。シンガスは、約９０容量％以上の一酸化炭素および水素、約９５容量％以上の一酸化炭素および水素、約９７容量％以上の一酸化炭素および水素、または約９９容量％以上の一酸化炭素および水素を含み得る。シンガスの一酸化炭素の含有量は、最低が約１０容量％、約２０容量％、約３０容量％から最高が約５０容量％、約７０容量％、または約８５容量％の範囲となり得る。シンガスの水素の含有量は、最低が約１容量％、約５容量％、約１０容量％から最高が約３０容量％、約４０容量％、約５０容量％の範囲となり得る。例えば、シンガスの水素含有量は、約２０容量％から約３０容量％の範囲となり得る。
シンガスは、約２５容量％未満、約２０容量％未満、約１５容量％未満、約１０容量％未満または約５容量％未満の結合した窒素、メタン、二酸化炭素、水、硫化水素および塩化水素を含み得る。シンガスの二酸化炭素含有量は、約２５容量％以下、約２０容量％以下、約１５容量％以下、約１０容量％以下、約５容量％以下、約３容量％以下、約２容量％以下、または約１容量％以下となり得る。シンガスのメタン含有量は、約１５容量％以下、約１０容量％以下、約５容量％以下、約３容量％以下、約２容量％以下、または約１容量％以下となり得る。シンガスの水含有量は、約４０容量％以下、約３０容量％以下、約２５容量％以下、約２０容量％以下、約１５容量％以下、約１０容量％以下、約５容量％以下、約３容量％以下、約２容量％以下、または約１容量％以下となり得る。シンガスは、無窒素、または本質的に無窒素とすることができる。例えば、シンガスは、約３容量％未満、約２容量％未満、約１容量％未満、または約０．５容量％未満の窒素を含み得る。
シンガスは、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約２，７９４ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋｊＪ／ｍ３から約３，７２６ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約４，０９８ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約５，５１６ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約６，７０７ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約７，４５２ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約９，３１５ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約１０，２６４ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約１１，１７８ｋＪ／ｍ３、約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約１３，０４１ｋＪ／ｍ３、または約１，８６３ｋＪ／ｍ３から約１４，９０４ｋＪ／ｍ３の熱損失および希釈効果を補正した発熱量を有し得る。
さらに、シンガスは、所望の方法に従って処理することができる。例えば、シンガスの少なくとも一部は、電力を生成するための発電機に結合し得るガスタービンまたは燃焼タービンに向けられ得る。別の実施例では、シンガスの少なくとも一部は、水素製品を製造するのに使用され得る。別の実施例では、シンガスの少なくとも一部は、１種以上のフィッシャー・トロッシュ法による製品、メタノール、アンモニア、薬品、ヒドロホルミル化製品、および／またはこれらの原料、これらの誘導体および／またはこれらの組み合わせを製造するために１つ以上のガス変換装置に向けられ得る。
本明細書で論述するような様々な形式のガス化装置を用いることができる。例えば、ガス化装置は、１つ以上の循環固体式または輸送式ガス化装置、１つ以上の固定床式ガス化装置、１つ以上の流動床式ガス化装置、１つ以上の噴流床式ガス化装置、およびこれらの組み合わせであることもこれらを含むこともできる。本明細書で論述する１つ以上の実施形態に従って用いるのに適したガス化装置の実例は、ＴＲＩＧ（登録商用）ガス化装置であってもよい。ガス化装置内の微粒子または固体は、炭化水素原料、例えば、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料の一部の堆積表面としてなど１つあるいは複数の目的に寄与するのに加え、あるいは代えて、ガス化装置内での微粒子または固体の存在は、ガス化装置内での保温性を高めることおよび／又はガス化装置内での熱分配を高めることにも役立ち得る。
１つ以上の実施形態では、ガス化装置のガス化ゾーンは、第１の混合ゾーンおよび／または第２の混合ゾーンよりも小さい断面積、例えば小さい直径を有し得る。ガス化ゾーン内での滞留時間により炭化ガス化、メタン／蒸気改質、タールクラッキング、水−ガス変換反応、および／または硫黄捕捉反応をもたらすことができる。一般的に、ガス化ゾーン内の滞留時間および高温の状況により、ガス化反応を平衡化させることができる。例えば、第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料などの炭化水素原料の第２の混合ゾーン内での滞留時間は、約０．５秒、約１秒、約２秒、約５秒、約１０秒またはそれよりも長くなり得る。ガス化ゾーンを通過するガス速度は、毎秒約３メートル（ｍ／ｓ）から約２８ｍ／ｓ、約６ｍ／ｓから約２５ｍ／ｓ、約９ｍ／ｓから約２２ｍ／ｓ、約１０ｍ／ｓから約２０ｍ／ｓ、または約９ｍ／ｓから約１５ｍ／ｓの範囲となり得る。ガス化ゾーンは、第２の混合ゾーンよりも高い温度で動作し得る。ガス化装置は、約５０ｋＰａから約５，０００ｋＰａ、約１０１ｋＰａから約４，４８０ｋＰａ、約３５０ｋＰａから約４，１３０ｋＰａ、または約６９０ｋＰａから約３，７９０ｋＰａの範囲の圧力下で作動され得る。
ガス化装置内の微粒子または固体には、以下に限定されないが、砂、灰、セラミック、石灰石、またはこれらの組み合わせなどを含み得る。石灰石は、破砕され、粉砕され、摩砕され、粉末化され、あるいは粒径を小さくされ得る。灰は、どの形態の灰でもよく、またそれらの混合物でもよい。例示的な灰としては、以下に限定されないが、フライアッシュ、ガス化灰、粗灰、微細灰、またはこれらの組み合わせなどを含み得る。本明細書で使用されるように、「粗灰」および「粗灰微粒子」という用語は、互換的に用いられ、ガス化装置内で得られる微粒子を指し、その平均粒径は、最小約３５μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約７５μｍ、または約１００μｍから、最大約４５０μｍ、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μｍ、または約６４０μｍの範囲である。例えば、粗灰微粒子は、約４０μｍから約３５０μｍ、約５０μｍから約２５０μｍ、約６５μｍから約２００μｍ、または約８５μｍから約１３０μｍの平均粒径を有し得る。本明細書で使用されるように、「微細灰」および「微細灰微粒子」という用語は、互換的に用いられ、ガス化装置内で得られる微粒子を指し、その平均粒径は、最小約２μｍ、約５μｍ、約１０μｍから最大約７５μｍ、約８５μｍ、または約９５μｍの範囲である。例えば、微細灰微粒子は、約５μｍから約３０μｍ、約７μｍから約２５μｍ、または約１０μｍから約２０μｍの平均粒径を有し得る。
微粒子固定床式ガス化装置では、ガス化を始動する前にガス化装置内に微粒子を配置し得る。循環固体式または輸送式ガス化装置では、微粒子は、所望の時点で、例えばガス化装置の始動前および／または始動中に導入することができる。例えば、始動用燃焼ガスおよび／または始動用ヒーターからの加熱用ガスおよび／または第２の混合ゾーンに導入される炭化水素原料、例えば、第２の混合ゾーンに導入される第１の炭化水素原料、および／または第２の混合ゾーンに導入される第２の炭化水素原料を導入する前に、微粒子をガス化装置に導入または装入し得る。別の実施例では、始動用燃焼ガスおよび／または始動用ヒーターからの加熱ガスを導入する前に、微粒子の少なくとも一部をガス化装置に導入し得る。別の実施例では、始動用燃焼ガスおよび／または始動用ヒーターからの加熱ガスを導入する間に、追加の微粒子をガス化装置に導入し得る。別の実施例では、追加の微粒子は、始動用燃焼ガスおよび／または加熱ガスを導入した後にガス化装置に導入し得るが、炭化水素原料を第２の混合ゾーンへ導入、例えば第１および／または第２の炭化水素原料を第２の混合ゾーンへ導入する前である。
また、ガス化装置には１種以上の吸着剤を導入することができる。吸着剤は、ガス化装置内で、シンガスからナトリウム蒸気などのような１種以上の汚染物質を気相で捕捉し得る。吸着剤は、ガス化装置に導入する前にまたはガス化装置内で粒子の凝集傾向を緩和するために、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料といった炭化水素原料の粒子の埃を払うか粒子を被覆するのに用いることができる。吸着剤は、約５ミクロンから約１００ミクロン、または約１０ミクロンから約７５ミクロンの平均粒径に粉砕され得る。例示的な吸着剤としては、以下に限定されないが、富炭素灰、石灰石、ドロマイト、およびコークス粉などを含み得る。例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料といった炭化水素原料から放出された残留硫黄は、例えば第１の炭化水素原料および／または第２の炭化水素原料といった炭化水素原料中の天然カルシウムまたはカルシウム基の吸着剤により、硫化カルシウムを形成するようにして吸着され得る。
例示的なガス化システムは、１つ以上のガス化装置、微粒子除去システム、第１のゾーンまたは第１の熱交換装置、第２のゾーンまたは第２の熱交換装置を含み得る。例えば、第１のゾーンは、微粒子または液体／微粒子混合物冷却システムであってもよく、第２のゾーンは、シンガス冷却装置であってもよい。また、ガス化システムは、フィッシャー・トロプシュ製品、薬品および／またはアンモニアおよびメタノールを含む原料を製造するための１つ以上の変換装置を含み得る。また、ガス化システムは、１つ以上の水素分離装置、燃料電池、燃焼タービン、蒸気タービン、廃熱ボイラー、および燃料、電力、蒸気、および／またはエネルギーを生成するための生成装置を含み得る。また、ガス化システムは、本質的に無窒素シンガスを得るための空気分離ユニット(「ＡＳＵ」)を含み得る。
１つ以上の微粒子除去システムは、シンガスから微粒子を部分的にまたは完全に除去するのに使用され、微粒子または微粒子含有流体、および分離シンガスを提供することができる。微粒子除去システムとしては、例えば従来の解放装置（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｒｓ）および／またはサイクロンなどの分離デバイスが含まれ得る。約０．１重量ｐｐｍ（ｐｐｍｗ）の検出可能限界未満の出口微粒子濃度を提供することができる微粒子制御デバイス（「ＰＣＤ」）を使用することができる。適切なＰＣＤの例としては、以下に限定されないが、焼結金属フィルタ、金属フィルタキャンドル、および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など）が含まれ得る。微粒子、例えば微細灰、粗灰およびこれらの組み合わせは、ガス化装置に再生利用されるか、システムから放出されるか、微粒子として使用されるか、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
分離されたシンガスは、１つ以上のシンガス冷却装置中で冷却され得る。例えば、シンガスは、約５３８℃以下、約４８２℃以下、約４２７℃以下、約３７１℃以下、約３１６℃以下、約２６０℃以下、約２０４℃以下、または約１４９℃以下に冷却され得る。分離および／または冷却されたシンガスは、汚染物質を除去するためにガス純化システム内で処理され得る。ガス純化システムとしては、シンガスから硫黄および／または硫黄含有化合物を除去するシステム、プロセス、装置が含まれ得る。適切な触媒ガス純化システムの例としては、以下に限定されないが、チタン酸亜鉛、亜鉄酸亜鉛、酸化錫、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化セリウムまたはこれらの混合物を用いるシステムを含む。ガス純化システムに基づく適切なプロセスの例としては、以下に限定されないが、ＳＥＬＥＸＯＬ（登録商標）プロセス、ＲＥＣＴＩＳＯＬ（登録商標）プロセス、ＣＲＹＳＴＡＳＵＬＦ（登録商標）プロセス、およびスルフィノル（Ｓｕｌｆｉｎｏｌ）ガス処理プロセスを含む。
シンガスから酸性ガスを除去するために、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などの１種以上のアミン溶媒が使用され得る。例えばＳＥＬＥＸＯＬ（登録商標）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）またはＲＥＣＴＩＳＯＬ（登録商標）（冷メタノール）などの物理的溶媒も使用できる。シンガスが硫化カルボニル（ＣＯＳ）を含む場合には、硫化カルボニルは、触媒で水と反応させて加水分解によって硫化水素に変化され、上記の方法を使用して吸着され得る。シンガスが水銀を含む場合には、水銀は、硫黄含浸活性化炭素床を用いて除去することができる。
１種以上の触媒、例えば、コバルト―モリブデン（「Ｃｏ−Ｍｏ」）触媒は、シンガスを酸性側に移行させるためにガス純化システム中に組み込まれ得る。Ｃｏ−Ｍｏ触媒は、Ｈ２Ｓ、例えば約１００重量ｐｐｍ（ｐｐｍｗ）のＨ２Ｓの存在下で、約２８８℃の温度で操作され得る。Ｃｏ−Ｍｏ触媒が酸性移行に用いられる場合には、その後の下流における硫黄の除去は、上述の硫黄除去の方法および／または技術の何れかを用いて実行することができる。
ガス純化システムからのシンガスは、動力および／または蒸気を生成または発生するために燃焼され得る。シンガスは商品として販売することができる。シンガスは、フィッシャー・トロプシュ製品、薬品及び／または原料を製造するために使用され得る。水素は、シンガスから分離されて、水素化処理、燃料電池エネルギー処理、アンモニア製造および／または燃料として使用され得る。一酸化炭素は、シンガスから分離されて、例えば酢酸、ホスゲン／イソシアネート、蟻酸、およびプロピオン酸などの薬品の製造に使用され得る。
１つ以上のガス変換装置は、シンガスを１種以上のフィッシャー・トロプシュ製品、薬品および／または原料に変換するのに使用することができる。ガス変換装置は、ＣＯをＣＯ２に変換することによりシンガスの水素対一酸化炭素比（Ｈ２：ＣＯ）を調整する転化反応装置を含み得る。転化反応装置内では、シンガス中の一酸化炭素の少なくとも一部と水とが、触媒の存在下で高温で、水―ガス転化反応を起こして水と二酸化炭素を生成する。適切な転化反応装置の例としては、以下に限定されないが、単一段式断熱固定床反応装置、段階間冷却機能を有する多段式断熱固定床反応装置、蒸気発生または急冷反応装置、蒸気発生または急冷機能を有する管状固定床反応装置、流動床反応装置、またはこれらの組み合わせを含み得る。例えば約４８０℃で二酸化炭素吸着剤を使用するなどの、高温で転化触媒が充填された多段式固定床反応装置を有する圧力スイング吸着ユニットを利用して、吸着促進水―ガス転化（ＳＥＷＧＳ）法を使用することができる。種々の転化触媒が採用され得る。
転化反応装置は、直列に配置された２つの反応装置を含み得る。第１の反応装置は、高温（約３４０℃から約４００℃)で動作可能で、鉄―クロム触媒を用いて比較的高い反応速度でシンガス中に存在するＣＯの大部分をＣＯ２に転換できる。第２の反応装置は、比較的低温（約１４５℃から約２０５℃）で動作可能で、酸化銅および酸化亜鉛の混合物を用いてＣＯからＣＯ２への転換を完了させる。
転化反応装置から回収された二酸化炭素は、油およびガスの回収を促進するための燃料回収工程において使用され得る。例示的な油回収工程では、二酸化炭素は「残留」油が存在する既存の井戸の底部域に注入されて流され得る。原油と共に除去された水および二酸化炭素は、次に分離されて再生利用され得る。
ガス変換装置は、１つ以上のフィッシャー・トロプシュ製品を製造するために用いることができる。１つ以上のフィッシャー・トロプシュ製品としては、以下に限定されないが、軽量ガス状炭化水素（Ｃ１−Ｃ４）、ナフサ（Ｃ５−Ｃ１０）、ディーゼル（Ｃ１１−Ｃ２０）、およびワックス（＞Ｃ２０）、これらの誘導体、あるいはこれらの組み合わせなどに亘る広範囲の分子量を有する１つ以上の炭化水素を含み得る。例示的なフィッシャー・トロプシュ製品としては、以下に限定されないが、ディーゼル燃料、ケロシン、航空燃料、プロパン、ブタン、ＬＰＧ、潤滑油、ナフサ、ガソリン、洗剤、ワックス、潤滑油、石油精製／石油化学原料、その他の輸送用燃料、合成原油、液体燃料、アルファオレフィン、これらの誘導体、これらの混合物、あるいはこれらの組み合わせを含み得る。反応は、反応装置の構成にもよるが、約１９０℃から約４５０℃の範囲の状況下であらゆるタイプの反応装置中でも実施できるが、例えば、固定床、移動床、流動床、スラリ、銅、ルテニウム、鉄またはコバルトをベースとした触媒を使った気泡床、あるいはそれらの組み合わせなどで実施できる。
フィッシャー・トロプシュ製品は液体であるが、様々な製品をさらに化学的に反応させ向上させるために精製場所に輸送することができる。ある種の製品、例えばＣ４−Ｃ５炭化水素は、必要に応じてオレフィン不純物を取り除くために水素化処理をすることができる、あるいは多種多様のワックス製品を製造するために水素化処理をしないで使用することができる高品質のパラフィン溶媒であってもよい。Ｃ１６＋液体炭化水素製品は、中間蒸留物、ディーゼル、および、例えば、低凝固点のジェット燃料および高セタンジェット燃料といったジェット燃料、イソパラフィン溶媒、例えば、運搬用車両に適する潤滑油の混合成分や潤滑油のベースストックといった潤滑油、泥水掘削の使用に適する無毒な掘削油、工業銘柄および医薬用銘柄の白油、化学原料、および様々な専門品を製造するために、例えば、水素化分解、水素化異性化触媒脱ろう、異性化脱ろう、あるいはこれらの組み合わせなどの様々な水素化変換反応により品質を向上させることができる。
ガス変換装置は、フィッシャー・トロプシュ製品を製造するためにスラリ気泡カラム反応装置を含むことができる。スラリ気泡カラム反応装置は、Ｒｅ：Ｃｏ重量比が約０．０１から約１の範囲であり、約２重量％から約５０重量％のコバルトを含有する、レ二ウムに促進されチタニア上に担持されたコバルト触媒を使って、約２２０℃未満の温度で、約６９ｋＰａから約４，１３７ｋＰａあるいは約１，７２４ｋＰａから約２，４１３ｋＰａで動作することができる。スラリ気泡カラム反応装置中の触媒は、以下に限定されないが、触媒銅の塩あるいは鉄属金属の塩を含浸させたチタニア担体、ポリオールあるいは多価アルコール、および任意でレ二ウム化合物あるいはレニウム化合物塩を含み得る。適切なポリオールあるいは多価アルコールの例としては、以下に限定されないが、グリコール、グリセロール、デリトリトール、トレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリット、ズルシトール、グルシオトール、ソルビト―ル、およびマニトールを含み得る。例えば硝酸コバルトあるいは酢酸コバルトなどの飽和塩水溶液としての触媒金属、銅あるいは鉄属金属は、該水溶液中に１５重量％の金属、例えば１５重量％のコバルトを得るために、水量を調整しながらおよび任意でルチルまたはアナタ―ゼ型酸化チタン担体上に触媒を含浸するために初期湿潤技術、また任意で噴霧乾燥技術および焼成技術を使いながら、ポリオール、任意で過レ二ウム酸と結合することができる。この方法により、レ二ウム・プロモータの必要性は減少する。
ガス変換装置は、メタノール、アルキル蟻酸塩、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、酢酸ビニルおよび重合体、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、および／またはそれらの組み合わせを生成するために用いることができる。例えば、メタノールを生成するためには、液相メタノール法（ＬＰＭＥＯＨ（登録商標））を用いることができる。この方法では、シンガス中の一酸化炭素は、スラリ気泡カラム反応装置と、良好な触媒活性を維持しながらオフピーク期間中のかなりの時間アイドリングしながら反応熱を保存することができる不活性炭化水素油反応媒体中の触媒とを使って、メタノールに直接変換することができる。メタノールを生成するために気相法も用いることができる。例えば、銅系触媒を使った公知の方法を用いることができる。例えば、ギ酸メチルなどのアルキルギ酸塩を生成するには、アルカリ性触媒、またはアルカリまたはアルカリ性土類金属メトキシド触媒の存在下で、一酸化炭素とメタノールとが液相または気相のいずれかで反応するいくつかの方法のいずれかを用いることができる。メタノールは、生成されたままで、および／または１つ以上の付加的な生成物を提供するためにさらに処理して用いることができる。メタノールから生成される付加的な生成物としては、以下に限定されないが、ジメチルエーテル（「ＤＭＥ」）、ホルマリン、酢酸、ホルムアルデヒド、メチル第３ブチルエーテル、メチルアミン、メタクリル酸メチル、ジメチルテレフタレート、メチルメルカプタン、塩化メチル、酢酸メチル、無水酢酸、エチレン、プロピレン、ポリオレフィン、これらの誘導体、これらの混合物、あるいはこれらの組み合わせを含み得る。
アンモニアを生成するために、ガス変換装置は、アンモニア生成のための周知のプロセスを操作するために利用することができる。アンモニア製品は、１種以上の付加的な製品を提供するために、生成されたままで、および／またはさらに処理して用いることができる。アンモニアから生成され得る付加的な製品は、少なくとも部分的に、以下に限定されないが、尿素、アンモニア塩、リン酸アンモニウム、硝酸、アクリルニトリル、およびアミドを含み得る。
二酸化炭素は、シンガスから分離および／または回収され得る。物理吸着技術が用いられ得る。適切な吸着剤および吸着技術の例としては、以下に限定されないが、プロピレンカーボネイトおよび他のアルキルカーボネイトの物理吸着溶剤、２から１２のグリコールユニットのポリエチレングリコールのジメチルエーテル（Ｓｅｌｅｘｏｌ(登録商標)プロセス）、ｎ−メチルーピロリドン、スルホラン、およびＳｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）ガス処理方法の使用などを含み得る。
少なくともシンガスの一部は、さらなる下流工程を使って販売、あるいは品質を向上させることができる。少なくともシンガスの一部は、水素分離装置に向けられ得る。少なくともシンガスの一部は、上述のガス交換装置を迂回し、水素分離装置に直接供給され得る。
水素分離装置は、精製された水素流と廃ガス流とを供給するために、シンガスから選択的に水素を分離するためのあらゆるシステムまたはデバイスも含むことができる。水素分離装置は、二酸化炭素富化流体と水素富化流体とを供給することができる。少なくとも水素冨化流体の一部は、燃料電池への供給として用いることができ、水素冨化流体の少なくとも一部は、燃焼装置中で燃料として使用される前にシンガスと結合することができる。水素分離装置は、圧力スイング吸着、低温蒸留、および／または半透膜を用いることができる。適切な吸着剤の例としては、以下に限定されないが、苛性ソーダ、炭酸カリウムおよび他の無機塩基、および／またはアルカノールアミンを含み得る。
シンガスの少なくとも一部は、燃焼装置で燃焼されて、高圧／高温排ガス流を供給し得る。高圧／高温排ガス流は、燃焼タービンに導入されて、発電機を駆動するための排ガス流と機械的軸動力とを供給し得る。排ガス流は、排熱回収システムに導入されて蒸気を供給し得る。蒸気の第１の部分は、蒸気タービンに導入されて、発電機を駆動するための機械的軸動力を供給し得る。蒸気の第２の部分は、ガス化装置および／または他の補助工程装置に導入され得る。蒸気タービンからのより低圧の蒸気は、熱回収システムに再生利用され得る。
１つ以上の空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）からの酸素富化空気または本質的に酸素は、ガス化装置に供給され得る。ＡＳＵは、窒素希薄および酸素富化流をガス化装置に提供することができ、それによりシステム中の窒素濃度を最小にすることができる。ほぼ純粋な酸素流を使用することで、ガス化装置は本質的に窒素を含まない、例えば、０．５%よりも少ない窒素／アルゴンを含むシンガスを生成することができる。ＡＳＵは、空気を補足することができる高圧で低温型の分離装置であってもよい。ＡＳＵから受け入れられなかった窒素流は、燃焼タービンに追加されるかまたはユーティリティとして用いられ得る。例えば、ガス化装置に供給される全酸化剤の約５０容量％まで、あるいは約４０容量％まで、あるいは約３０容量％まで、あるいは約２０容量％まで、あるいは約１０容量％までが、ＡＳＵにより供給され得る。
少なくともシンガスの一部をさらに処理するための例示的なシステムおよび方法は、米国特許７，９３２，２９６；７，７２２，６９０；７，６８７，０４１号および７，１３８，００１、および米国特許出願公開第２００９／０２９４３２８；２００９／０２６１０１７；２００９／０１５１２５０、および２００９／００６４５８２に論述されている通りであってもよい。
図を参照すると、例示的なガス化システム１００は、１つ以上の実施形態によれば、１種以上の炭化水素原料をガス化することを示している。ガス化システム１００は、直列および／または並列に配置された単一のガス化装置または２つ以上のガス化装置を含むことができる（その１つを１０２に示す）。１種以上の酸化剤（３つがライン１２８、１４４および１４８を介して示されている）、および１種以上の炭化水素物質または炭化水素原料（２つがライン１３０、１４６を介して示されている）は、ガス化装置１０２に導入され得る。ライン１２８、１４４および／または１４８を介して導入された１種以上の酸化剤と、ライン１３０および／または１４６を介して導入された１種以上の炭化水素原料は、互いにガス化装置１０２の長さに沿って散在し得る。ライン１２８、１４４および／または１４８を介して散在する酸化剤と、ライン１３０および／または１４６を介して散在する炭化水素原料とは、互いに交換可能であってもよい。
また、ガス化システム１００は、１つ以上の始動用ヒータ（１つが１０４で示されている）を含み得る。始動用ヒータ１０４は、１つ以上の始動用燃料および／または不活性媒体を燃焼および／または加熱して、ガス発生装置１０２の始動を促し得るライン１０６を介した始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体を供給し得る。ライン１０６を介した始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体は、１つのライン１０６および／または複数のライン１０６を介してガス発生装置１０２内の１つ以上の位置に導入され得ることに留意されたい。
各ガス化装置１０２は、１つ以上の第１の混合ゾーン１０８、１つ以上の第２の混合ゾーン１１０、１つ以上のライザまたはガス化ゾーン１１２、１つ以上の解放装置または分離装置（２つが１１４、１１６で示されている）、１つ以上のスタンドパイプ１１８、および１つ以上の移動ライン(４つが１２０、１２２、１２４および１２６で示されている) を含むことができる。図示してはいないが、１つ以上の移動ライン１２０、１２２、１２４および１２６は、流体の流れを制御するための、および／または微粒子１３２を装置を通じて循環させるための、バルブなどの１つ以上の流量制御装置を含み得る。例示的な制御装置は、以下に限定されないが、「ｊ−バルブ」、「ｙ−バルブ」、「Ｌ−バルブ」またはいずれかの組み合わせを含み得る。ガス化システム１００が２つ以上のガス化装置１０２を含む場合には、各ガス化装置１０２は、他から独立して構成され得るか、１つ以上の混合ゾーン１０８、１１０；ガス化ゾーン１１２；分離装置１１４、１１６；及び／またはスタンドパイプ１１８のいずれかと共有し得る場所に構成され得る。説明を簡潔で容易にするために、ガス化装置１０２の実施形態は、単一の反応装置列の状況でさらに説明される。
ライン１２８を介した第１の酸化剤およびライン１０６を介した始動用燃焼ガスおよび／または加熱ガス（用いられるとすれば、例えば、ガス化装置１０２の始動中および／または加熱中）は、第１の混合ゾーン１０８に導入され、第１の混合ゾーン１０８から第２の混合ゾーン１１０に流入することができる。ライン１３０を介した第１の炭化水素原料は、第２の混合ゾーン１１０に導入することができる。移動ライン１２６を介した循環微粒子１３２は、第１の混合ゾーン１０８、第２の混合ゾーン１１０、および／または示されるように第１の混合ゾーン１０８と第２の混合ゾーン１１０との間に導入することができる。第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭素質物質の少なくとも一部は、燃焼、気化、クラッキングおよび／またはガス化されて、第２の混合ゾーン内で、例えば第１の熱、第１の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはシンガスなどの流体／微粒子混合物を生成し得る。
第１の炭化水素原料および／または循環微粒子１３２上に堆積した炭素質物質ならびに微粒子自体の気化、クラッキング、および／またはガス化は、第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭素質物質の少なくとも一部を燃焼させることで生成された熱の少なくとも一部を吸収することができる。ライン１２８を介して第１の混合ゾーン１０８に導入された酸化剤の量は、少なくとも一部は、ライン１３０を介して導入された第１の炭化水素原料の量および／または循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭素および／または炭素質物質の量に基づき得る。移動ライン１２６および／またはライン１３０を介して導入された炭素質物質の量に対するライン１２８を介する酸化剤の量を制御することは、第２の混合ゾーン１１０内の温度を制御することに使用できる。換言すれば、炭素質物質の燃焼により生じる温度上昇は、ライン１２８を介して導入された酸化剤の量を制御することで制御することができるか、あるいは適切化することができる。例えば、第１の熱、第１の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはシンガスなどで得られる流体／微粒子の混合物は、第２の混合ゾーン１１０を通ってガス化ゾーン１１２に向かって流すことができる。
第１の混合ゾーン１０８へのライン１２８を介した第１の酸化剤、第２の混合ゾーン１１０へのライン１３０を介した第１の炭化水素原料、および／または第２の混合ゾーン１１０に導入された微粒子上に堆積した炭素質物質を含み得る微粒子１３２は、第２の混合ゾーン１１０内で、第１の熱と１種以上の循環微粒子１３２の第１の温度とを生じさせることができる。換言すれば、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料に含まれるか、および／または微粒子１３２上に堆積する炭素質物質の少なくとも一部の燃焼は、第１の熱と第１の温度の１種以上の循環微粒子とを生じさせることができる。第１の熱の少なくとも一部は、揮発性成分の気化、クラッキング、および／またはガス化により吸収され得るか、および／または第２の混合ゾーン１１０内の１つ以上の循環微粒子１３２の第１の温度を降下させることを促す第１の炭化水素原料のガス化を開始することにより吸収され得る。第２の混合ゾーン１１０内の１つ以上の循環微粒子１３２の第１の温度は、本明細書中で論述する範囲となり得る。
ライン１４４を介した第２の酸化剤は、ライン１３０を介して導入された第１の炭化水素原料の下流にある第２の混合ゾーン１１０に導入され得る。１つ以上の実施形態では、ライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、ライン１４４を介して導入された第２の酸化剤の下流にある第２の混合ゾーン１１０に導入され得る。ライン１４４を介して導入された第２の酸化剤の存在下で、ライン１３０を介して導入された第１の炭化水素原料の少なくも一部、微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭化質物質、および／またはライン１４６を介して導入された第２の炭化水素原料の少なくとも一部は、第２の混合ゾーン１１０内で燃焼、気化、クラッキング、および／またはガス化され、例えば、第２の熱、第２の燃焼ガス、気化炭化水素、クラッキング炭化水素、および／またはシンガスといった流体／微粒子混合物を生成し得る。第１の炭化水素原料、および／または炭素物質が堆積するかあるいは堆積しない循環微粒子１３２で生じ得る反応と同様に、ライン１４６を介して導入された第２の炭化水素原料もまた、少なくとも第１の炭化水素原料の一部、少なくとも第２の炭化水素原料の一部、および／または、微粒子１３２上に堆積したおよび／または残留したあらゆる炭化質物質を燃焼することで生成される熱の少なくとも一部を吸収することができる。このようにして、ライン１４４を介して導入された第２の酸化剤の量は、少なくとも一部では、ライン１４６を介して導入された第２の炭化水素原料の量、循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭化質物質の量、および／またはライン１３０を介して導入された第１の炭化水素原料の量に基づき得る。第２の混合ゾーン１１０内の炭化質物質の量に対してライン１４４を介した第２の酸化剤の量を制御することは、第２の混合ゾーン１１０内の温度を制御することに利用できる。換言すれば、ライン１４４を介して導入した第２の酸化剤の量を制御することで、第２の炭化水素原料、循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭化質物質、および／または第１の炭化水素原料を燃焼させることで生じる温度上昇を制御、あるいは適切化することができる。
ライン１４４を介して第２の混合ゾーン１１０に導入された第２の酸化剤は、１種以上の循環微粒子１３２の第２の温度を生じさせるために、第２の混合ゾーン１１０内で１種以上の循環微粒子１３２の第１の温度を上昇させることができる。ライン１４４を介して導入された第２の酸化剤を使って、第１の炭化水素原料の少なくとも一部および／または循環微粒子１３２上に堆積したあらゆる炭化質物質を燃焼させることで、第２の熱を生成することができ、さらに１種以上の循環微粒子１３２の第１の温度を上昇させて第２の温度で１種以上の循環微粒子１３２を生成することができる。第２の混合ゾーン１１０内の１つ以上の循環微粒子１３２の第２の温度は、本明細書中で論述する範囲となり得る。
１つ以上の実施形態では、ライン１４６を介して第２の混合ゾーン１１０に導入された第２の炭化水素原料は、第２の混合ゾーン１１０内で１つ以上の循環微粒子１３２の第３の温度を生じ得る。揮発性成分の気化および／またはクラッキングにより、第１の炭化水素原料の継続的なガス化により、第２の炭化水素原料のガス化の開始により、あるいはそれらの組み合わせにより、燃焼熱の少なくとも一部を吸収でき、第２の混合ゾーン１１０内で１種以上の循環微粒子１３２の第３の温度を低下させることができる。第２の混合ゾーン１１０内の１種以上の循環微粒子１３２の第３の温度は、本明細書中で論述する範囲となり得る。
１つ以上の実施形態では、ライン１４８を介した第３の酸化剤は、ライン１４４を介して導入された第２の酸化剤および／またはライン１４６を介して導入された第２の炭化水素原料から下流の、第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２に導入され得る。ライン１４８を介した第３の酸化剤の導入は、ガス化ゾーン１１２に向けておよび／またはガス化ゾーン１１２内で流れる流体／微粒子混合物の熱を制御または調整するのに利用できる。例えば、ガス化ゾーン１１２内で、残留する揮発性成分および／または炭化水素原料の気化、クラッキングおよび／またはガス化といった追加的な反応を行うためにさらに熱が必要な場合には、ライン１４８を介した第３の酸化剤の量を増加させることができる。別の実施例では、ガス化ゾーン１１２内において、追加的な反応を行うためにより少ない熱が必要な場合には、ライン１４８を介した第３の酸化剤の量を減少させるかまたは完全に停止することができる。このようにして、ライン１４８を介した第３の酸化剤は、「トリム」酸化剤と称され得るが、それはライン１４８を介した第３の酸化剤は、温度、あるいは第２の混合ゾーン１１０からガス化ゾーン１１２に流入する流体／微粒子混合物を介してガス化ゾーン１１２に導入された熱量を調整するために使用され得るからである。
ライン１４８を介した第３の酸化剤を第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２へ導入することは、第２の混合ゾーン１１０内および／またはガス化ゾーン１１２内で、１種以上の循環微粒子１３２の第４の温度を生成および調整するのに利用できる。例えば、ライン１４８を介した第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２への第３の酸化剤の量を増加することは、第２の混合ゾーン１１０内のおよび／またはガス化ゾーン１１２内の、１種以上の循環微粒子１３２の第４の温度を上昇させるのを促し得る。別の実施例では、ライン１４８を介した第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２への第３の酸化剤の量を減少させることは、第２の混合ゾーン１１０内のおよび／またはガス化ゾーン１１２内の、１つ以上の循環微粒子１３２の第４の温度を低下させることを促し得る。したがって、ライン１４８を介した第３の酸化剤を第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２へ導入することは、第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２内で１種以上の循環微粒子１３２の第４の温度を調整または調節することを補助し得る。第２の混合ゾーン１１０および／またはガス化ゾーン１１２内の１種以上の循環微粒子１３２の第４の温度は、本明細書中で論述されるような範囲となり得る。
ライザまたはガス化ゾーン１１２内で行われ得る主反応は、ライン１３０、１４６を介して導入されたあらゆる残留炭素質物質、および／または微粒子１３２を含む炭素質物質の気化、クラッキング、および／またはガス化であってもよい。さらに、ライン１３０、１４６を介してそれぞれ導入された第１および／または第２の炭化水素原料からの例えば炭素といった炭素質物質は、第２の混合ゾーン１１０内で微粒子上に堆積し、堆積した炭素質物質を有する循環微粒子１３２を供給し得る。以下により詳細に説明するように、微粒子上に堆積した炭素質物質を有する循環微粒子１３２は、移動ライン１２６を介して第１の混合ゾーン１０８、第２の混合ゾーン１１０、および／またはガス化ゾーン１１２に、例えば次々におよび／または第１および第２の混合ゾーン１０８、１１０間に、再循環され得るかまたは再生利用され得る。
ガス化ゾーン１１２内の温度は、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料、ライン１４６を介した第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子１３２上に堆積した炭化質物質のあらゆる残留物の少なくとも一部をガス化して流体／微粒子混合物または「シンガス」を生成するのに十分となり得る。例えば、ガス化ゾーン１１２内の温度は、第１の炭化水素原料、第２の炭化水素原料、および／または循環微粒子１３２上に堆積した炭化質物質のすべての残留物をガス化するのに十分となり得る。別の実施例では、ガス化ゾーン１１２内の温度は、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料の形態で、および／またはライン１４６を介した第２の炭化水素原料および／または循環微粒子１３２上に堆積した炭素質物質の形態で該ゾーンに導入された炭素質物質をガス化、クラッキング、気化、および／または堆積するのに十分となり得る。ガス化ゾーン１１２内の温度は、本明細書中で論述するような範囲となり得る。
第１の混合ゾーン１０８内、第２の混合ゾーン１１０内、および／またはガス化ゾーン１１２内で生成された流体／微粒子混合物またはシンガスは、移動ライン１２０を介して第１の分離装置に導入され得る。第１の分離装置では、微粒子１３２の少なくとも一部が分離されて、移動ライン１２０を介した第１の分離されたシンガスと、移動ライン１２４を介した分離微粒子１３２とを供給し得る。移動ライン１２４を介した分離微粒子１３２のすべてあるいは一部は、スタンドパイプ１１８に導入され得る。移動ライン１２４内の分離微粒子１３２のすべてあるいは一部は、ライン１３４を介してガス化装置１０２から除去され得る。ライン１３４を介してガス化装置１０２から微粒子１３２を除去することは、スタンドパイプ１１８内で微粒子の高さを、および／またはガス化装置１０２内で循環する微粒子の総量を、制御するのに用いられ得る。移動ライン１２２を介した第１の分離ガスは、第２の分離装置１１６に導入され得る。第２の分離装置では、微粒子１３２の第２の部分がもしあれば、第２の部分が分離されて、ライン１３６を介して分離ガス生成物または分離されたシンガスを生成し、さらにスタンドパイプ１１８に導入され得る分離微粒子を生成し得る。分離装置１１４および１１６は、流体／微粒子混合物から微粒子１３２の少なくとも一部を分離または除去できるものであれば、どのようなデバイス、システム、または複数のデバイスおよび／またはシステムの組み合わせであってもよいし、またはそれらを含んでもよい。例示的な分離装置としては、以下に限定されないが、サイクロン、脱塩装置および／またはデカンタを含み得る。
上述のように、その上に堆積した炭素質物質を含み得る微粒子１３２は、スタンドパイプ１１８から第１の混合ゾーン１０８、第２の混合ゾーン１１０、および／または第１および第２の混合ゾーン１０８、１１０の間へと、移動ラインまたは「再生利用」ライン１２６を介して再生利用され得る。始動用ヒータ１０４がガス化装置１０２の始動および／または加熱に用いられる場合には、あるいはガス化装置１０２の動作が開始される場合には、ライン１０６を介してガス化装置１０２に始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体を導入する前に、微粒子１３２はガス化装置１０２内に装入され得るかあるいは配置され得る。このようにして、ライン１０６を介して第１の混合ゾーン１０８に始動用燃焼ガスおよび／または不活性媒体を導入する前に、微粒子１３２の循環を開始させることができる。１つ以上の流体導入ライン(３つが１３８、１４０、１４２で示されている) を介した１つ以上の流体は、ガス化装置１０２内で微粒子１２３を循環させるためにガス化装置１０２内に動力流体を供給するように、移動ライン１２４、スタンドパイプ１１８、および再生利用ライン１２６にそれぞれに導入され得る。ライン１３８、１４０、および／または１４２を介して導入された例示的な流体としては、以下に限定されないが、窒素、例えば再生利用シンガスなどの可燃性ガス、それらの混合物、二酸化炭素、あるいはそれらの組み合わせなどの不活性ガスを含み得る。
図示するように、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料およびライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、第２の混合ゾーンに導入され得る。別の実施例では、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料および／またはライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、第１の混合ゾーン、第２の混合ゾーン、ガス化ゾーン１１２、および／または移動ライン１２０に導入され得る。
ライン１２８を介した第１の酸化剤、ライン１４４を介した第２の酸化剤、ライン１４８を介した第３の酸化剤、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料および／またはライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、継続的に、断続的に、同時に、個別に、連続的に、あるいはこれらの組み合わせによりガス化装置１０２に導入され得る。
図示していないが、１つ以上のバルブあるいは他の流量制限デバイスは、ライン１２８、１４４及び１４８中の酸化剤、ライン１０６中の始動燃焼ガスおよび／または不活性媒体、ライン１３０中の第１の炭化水素原料、ライン１４６中の第２の炭化水素原料、ライン１３６中の熱ガス生成物あるいはシンガス、ライン１３８、１４０および１４２中の流体、および／またはライン１３４中の微粒子の量を制御または調整するのに用いることができる。
１つ以上の実施形態では、ライン１２８を介した第１の酸化剤、ライン１４４を介した第２の酸化剤、およびライン１４８を介した第３の酸化剤は、互いに同じであっても異なっていてもよい。１つ以上の実施形態では、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料およびライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、互いに同じであっても異なっていてもよい。１つ以上の実施形態では、ライン１２８を介した第１の酸化剤、ライン１４４を介した第２の酸化剤、ライン１４８を介した第３の酸化剤、ライン１３０を介した第１の炭化水素原料、および／またはライン１４６を介した第２の炭化水素原料は、発生源および／またはガス化装置１０２の外部の位置から、ガス化装置１０２に導入され得る。
本明細書に記載される実施形態は、さらに、以下のパラグラフのいずれか１つ以上に関する。
１．１種以上の炭化水素原料のガス化を制御する方法であって、第１の酸化剤をガス化装置に導入することと；第１の炭化水素原料を、前記第１の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することと；第２の酸化剤を、前記第１の酸化剤および前記第１の炭化水素原料の下流側で前記ガス化装置に導入することであって、前記第２の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第２の酸化剤を前記ガス化装置に導入することと；シンガスを製造するために前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化することとを備える方法。
２．パラグラフ１の方法であって、さらに、第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することを備える方法。
３．パラグラフ１または２の方法であって、さらに、第３の酸化剤を、前記第２の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することを備え、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される方法。
４．パラグラフ１−３のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で導入することと、第３の酸化剤を、前記第２の炭化水素原料の下流側で導入することとを備え、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される方法。
５．パラグラフ１−４のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、前記循環微粒子は、砂、灰、セラミック、石灰石、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む方法。
６．パラグラフ１−５のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、第１の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、第２の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせる方法。
７．パラグラフ１−６のうちのいずれか１つに記載の方法であって、前記第１の温度と前記第２の温度との間の互いの差は、１５０℃未満である方法。
８．パラグラフ１−７のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、第１の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、第２の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、第２の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第３の温度を生じさせ、第３の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第４の温度を生じさせる方法。
９．パラグラフ１−８のうちのいずれか１つに記載の方法であって、前記第１の温度、前記第２の温度、前記第３の温度、および前記第４の温度の互いに対する差は、約１５０℃未満である方法。
１０．１種以上の炭化水素原料のガス化を制御する方法であって、第１の酸化剤をガス化装置の第１の混合ゾーンに導入することと；第１の炭化水素原料を前記ガス化装置の第２の混合ゾーンに導入することと；第１の燃焼ガスおよび第１の熱を発生するために、前記第１の酸化剤の存在下で、前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと；第２の酸化剤を、前記第１の炭化水素原料の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することであって、前記第２の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第２の酸化剤を前記第２の混合ゾーンに導入することと、第２の燃焼ガスおよび第２の熱を発生するために、前記第２の酸化剤および前記第１の燃焼ガスの存在下で、前記第１の炭化水素原料の第２の部分を燃焼させることと；シンガスを生成するために、前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化することとを備える方法。
１１．パラグラフ１１に記載の方法であって、さらに、第２の炭化水素原料を前記第２の酸化剤の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することと、前記第２の酸化剤の存在の下で前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと、前記シンガスを生成するために前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることとを備える方法。
１２．パラグラフ１０または１１の方法であって、さらに、第３の酸化剤を前記第２の酸化剤の下流側で前記第２混合ゾーンに導入することを備え、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される方法。
１３．パラグラフ１０−１２のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、第２の炭化水素原料を前記第２の酸化剤の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することと、前記第２の酸化剤の存在下で、前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと、前記シンガスを生成するために前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることとを備え、さらに、第３の酸化剤を前記第２の炭化水素原料の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することであって、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第３の酸化剤を前記第２の混合ゾーンに導入することを備える方法。
１４．パラグラフ１０−１３のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、さらに、前記循環微粒子上に存在する炭素質物質の少なくとも一部を燃焼させることを備える方法。
１５．パラグラフ１０−１４のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、第１の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、第２の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、前記第１の温度と前記第２の温度との間の互いに対する差は約１５０℃未満である方法。
１６．パラグラフ１０−１５のうちのいずれか１つに記載の方法であって、さらに、微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、第１の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、第２の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、第２の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第３の温度を生じさせ、第３の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第４の温度を生じさせる方法。
１７．パラグラフ１０−１６のうちのいずれか１つに記載の方法であって、前記第１の温度、前記第２の温度、前記第３の温度および前記第４の温度の互いに対する差は、約１５０℃未満である方法。
１８．１種以上の炭化水素原料のガス化を制御するためのシステムであって、ガス化装置と；前記ガス化装置の第１の混合ゾーンに第１の酸化剤を導入するための第１の酸化剤ラインと；前記ガス化装置の第２の混合ゾーンに第１の炭化水素原料を導入するための第１の炭化水素原料ラインと；前記ガス化装置の前記第２の混合ゾーンに第２の酸化剤を導入するための第２の酸化剤ラインであって、前記第２の酸化剤ラインは、前記第１の炭化水素原料ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結している、第２の酸化剤ラインとを備えるシステム。
１９．パラグラフ１８のシステムであって、さらに、第２の炭化水素原料を前記第２の混合ゾーンに導入するための第２の炭化水素原料ラインを備え、前記第２の炭化水素原料ラインは、前記第２の酸化剤ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結しているシステム。
２０．パラグラフ１８または１９のシステムであって、さらに、第３の酸化剤を前記ガス化装置の前記第２の混合ゾーンに導入するための第３の酸化剤ラインを備え、前記第３の酸化剤ラインは、前記第２の酸化剤ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結するシステム。
特定の実施形態および特徴は、一組の数値上限と一組の数値下限を用いて記載されている。いかなる下限からいかなる上限への範囲は、特段の指示がなければ、熟考の結果されたものであると理解されたい。特定の下限、上限および範囲は以下の１つ以上の請求項に現れる。全ての数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」または「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」で示されており、当業者によって予期されるであろう実験誤差および変動を考慮に入れている。
種々の用語は、上記で定義されている。請求項で使用されている用語の範囲までは上記で定義されていないが、少なくとも１つの刊行物または発行された特許に反映されるような最も広い定義を当業者が与えたと解釈されるべきである。さらに、本願で引用されたすべての特許、試験方法、他の文献は、その開示が本願と一致せずとも、そのような援用が許容されるすべての権限の範囲まで、参照によってその全体が援用される。
上記は、本願発明の実施形態に向けられているものの、本願発明の他の実施形態およびさらなる実施形態は、本願発明の基本的な範囲を逸脱することなく考案されてもよく、本願発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (20)

  1. １種以上の炭化水素原料のガス化を制御する方法であって、
    第１の酸化剤をガス化装置に導入することと、
    第１の炭化水素原料を、前記第１の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することと、
    第２の酸化剤を、前記第１の酸化剤および前記第１の炭化水素原料の下流側で前記ガス化装置に導入することであって、前記第２の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第２の酸化剤を前記ガス化装置に導入することと、
    シンガスを生成するために、前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることと
    を備える方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することを備える方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    第３の酸化剤を、前記第２の酸化剤の下流側で前記ガス化装置に導入することであって、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第３の酸化剤を前記ガス化装置に導入することを備える方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で導入することと、
    第３の酸化剤を、前記第２の炭化水素原料の下流側で導入することであって、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第３の酸化剤を導入することと
    を備える方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、
    前記循環微粒子は、砂、灰、セラミック、石灰石、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、
    第１の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、
    第２の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせる方法。
  7. 請求項６に記載の方法であって、
    前記第１の温度と前記第２の温度との間の互いに対する差は１５０℃未満である方法。
  8. 請求項４に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、
    第１の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、
    第２の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、
    第２の炭化水素原料を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第３の温度を生じさせ、
    第３の酸化剤を導入することは、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第４の温度を生じさせる方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、
    前記第１の温度、前記第２の温度、前記第３の温度および前記第４の温度の間の互いに対する差は、１５０℃未満である方法。
  10. １種以上の炭化水素原料のガス化を制御する方法であって、
    第１の酸化剤をガス化装置の第１の混合ゾーンに導入することと、
    第１の炭化水素原料を前記ガス化装置の第２の混合ゾーンに導入することと、
    第１の燃焼ガスおよび第１の熱を発生するために、前記第１の酸化剤の存在下で、前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと、
    第２の酸化剤を、前記第１の炭化水素原料の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することであって、前記第２の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第２の酸化剤を前記第２の混合ゾーンに導入することと、
    第２の燃焼ガスおよび第２の熱を発生するために、前記第２の酸化剤および前記第１の燃焼ガスの存在下で、前記第１の炭化水素原料の第２の部分を燃焼させることと、
    シンガスを生成するために、前記第１の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることと
    を備える方法。
  11. 請求項１０に記載の方法であって、さらに、
    第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することと、
    前記第２の酸化剤の存在下で前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと、
    前記シンガスを生成するために前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることと
    を備える方法。
  12. 請求項１０に記載の方法であって、さらに、
    第３の酸化剤を、前記第２の酸化剤の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することであって、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第３の酸化剤を前記第２の混合ゾーンに導入することを備える方法。
  13. 請求項１０に記載の方法であって、さらに、
    第２の炭化水素原料を、前記第２の酸化剤の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することと、
    前記第２の酸化剤の存在下で、前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部を燃焼させることと、
    前記シンガスを生成するために前記第２の炭化水素原料の少なくとも一部をガス化させることと
    を備え、さらに、
    第３の酸化剤を、前記第２の炭化水素原料の下流側で前記第２の混合ゾーンに導入することであって、前記第３の酸化剤は、前記ガス化装置の外部の位置から導入される、第３の酸化剤を前記第２の混合ゾーンに導入することを備える方法。
  14. 請求項１０に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、さらに、
    前記循環微粒子上に存在する炭素質物質の少なくとも一部を燃焼させることを備える方法。
  15. 請求項１０に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、
    第１の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、
    第２の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、
    前記第１の温度と前記第２の温度との間の互いに対する差は、約１５０℃未満である方法。
  16. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、
    微粒子を前記ガス化装置を通じて循環させることを備え、
    第１の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第１の温度を生じさせ、
    第２の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第２の温度を生じさせ、
    第２の炭化水素原料を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第３の温度を生じさせ、
    第３の酸化剤を導入することは、前記第２の混合ゾーン内で、約７００℃から約１，０００℃の範囲で１種以上の前記循環微粒子の第４の温度を生じさせる方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記第１の温度、前記第２の温度、前記第３の温度および前記第４の温度の間の互いに対する差は、約１５０℃未満である方法。
  18. １種以上の炭化水素原料のガス化を制御するためのシステムであって、
    ガス化装置と；
    前記ガス化装置の第１の混合ゾーンに第１の酸化剤を導入するための第１の酸化剤ラインと；
    前記ガス化装置の第２の混合ゾーンに第１の炭化水素原料を導入するための第１の炭化水素原料ラインと；
    前記ガス化装置の前記第２の混合ゾーンに第２の酸化剤を導入するための第２の酸化剤ラインであって、該第２の酸化剤ラインは、前記第１の炭化水素原料ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結されている、第２の酸化剤ラインと
    を備えるシステム。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、さらに、
    第２の炭化水素原料を、前記第２の混合ゾーンに導入するための第２の炭化水素原料ラインを備え、
    前記第２の炭化水素原料ラインは、第２の酸化剤ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結されているシステム。
  20. 請求項１８に記載のシステムであって、さらに
    第３の酸化剤を、前記ガス化装置の前記第２の混合ゾーンに導入するための第３の酸化剤ラインを備え、
    前記第３の酸化剤ラインは、前記第２の酸化剤ラインの下流側で前記ガス化装置と流体連結されているシステム。
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