JP2015522104A - 高灰分で高灰分溶融温度を有する瀝青炭のガス化 - Google Patents

Abstract

本発明は、高灰分溶融温度を有する高灰分瀝青炭のガス化に関する。灰分含有量は１５重量％〜４５重量％であり、灰分溶融温度は１１５０℃〜１５００℃または１５００℃以上であってよい。好ましい実施形態において、このような炭は、２段階のガス化処理、循環流動層輸送ガス化炉において相対的に低温度で行う一次ガス化工程と、その後の残留チャー炭素と少量のタールの高温部分酸化工程と、で処理される。このような炭を処理するシステムは、合成ガスを熱伝達面に接触させずに、不活性媒体の助けにより高温の合成ガスを効率よく冷却する内部循環流動層を更に含む。

Description

（関連文献に対する相互参照）
本願は、その全体の内容および物質が本明細書により参考として援用されている、２０１２年７月９日に出願された、米国仮特許出願第６１／６６９，４５１号明細書の利益を主張する。

（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
本発明は、米国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＮＴ００００７４９協定契約書に基づく政府の支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有している。

（発明の背景）
（１、発明の分野）
本発明は、高灰分溶融温度を有する高灰分の瀝青炭のガス化に関する。既存の流動層ガス化炉は、これらの炭が低反応性、低炭素転換率であるため、タールなどの不要な成分を生成する原因となることから、このような炭を経済的に処理するには不適当である。炭変換率を改良するために、このような炭を高温で動作するスラッギング噴流ガス化炉でガス化する場合、灰分溶融温度を下げるために必要となる大量の添加剤を含むスラグ（溶融固化）によって引き起こされる大きなエネルギ損失が生じ、この処理は経済的にも存立しにくい。本発明において、このような炭は、２段階のガス化処理、即ち、一次ガス化工程と、その後の残留チャー炭素と少量のタールの高温部分酸化工程によって処理される。この処理は、高温の合成ガスを効率よく冷却する内部循環流動層を含むことによって更に有利とされる。

（２、背景および関連技術）
炭ガス化の当業者は、一部の瀝青炭が経済的にまたは実用的に既存の商業用ガス化炉に使用するには不向きであることを知っている。ＡＳＴＭ Ｄ−１８５７（米国試験材料協会規格第１８５７号）によって測定されるように、これらの瀝青炭の初期灰変形温度は１５００℃を優に超える。従来のＧＥ（ゼネラルエネクトリック）、シェルとＥ‐ガス（エガス）ガス化炉などのガス化処理における灰のスラグに依存するガス化炉に対して灰を溶融することは非常に困難になる。以上や他のこのようなガス化炉に対して、高灰分溶融温度の炭をガス化するために、ガス化炉の動作温度は追加された融剤によってしても高くなりすぎ、このような動作はガス化炉におけるライニングの寿命を短くする。また、高灰分瀝青炭は、炭中で、最大約４５重量％灰分まで含有することができる。例えば、炭灰分溶融温度を低下させるために、例えば、約２０重量％の融剤の添加によって、大量の灰溶融に伴うエネルギ損失が実質的に大きくなりすぎ、非効率で確実性に乏しいガス化処理に至る。また、結合された灰と融剤の大量のスラグ流が生じ、これらのガス化炉を運転することがむずかしくなる。このため、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭は、多数の既存のガス化技術対象から排除されてきた。

瀝青炭はガス化剤との反応性が極めて低いことから、従来の流動層ガス化炉内のこれらの炭をガス化することも困難である。流動層の低反応性の基本的な理由は、クリンカを生成しやすいため、これが動作温度を制限することである。クリンカが生成されると、ガス化炉は流動性や機能性から乖離する。灰分溶融温度は高いものの、ガス化炉の燃焼炭粒子の表面温度は流動層で測定したバルク温度よりはるかに高いので、灰分溶融温度より摂氏数百度低いクリンカを生成する。また、流動層ガス化炉内の温度は、炭灰粒子の表面を溶融しやすい傾向の層のいくつかの部分のホットスポットによって実質的に均一にならないため、結果的に、凝集やクリンカが生じる。したがって、炭灰分溶融温度が約１５００℃を優に超えるものかかわらず、流動層ガス化炉が、層を汚損せずに１１００℃以上で動作することは稀有である。動作温度が制約されるため、一般に、流動層処理における炭素転換率は約９０％未満である。経済的に折合を付けるため、残留炭素は、燃焼炉において（燃焼トレイン内の関連設備の全てとともに）燃焼させる必要があり、ガス化処理の資本コスト、運転コスト、および保守コストの上昇が生じる。したがって、既存の流動層ガス化炉では瀝青炭を経済的に処理することはできない。さらに、流動層における瀝青炭のガス化は、合成ガス中に少量のタールを生成するので、除去するのがむずかしいし、合成ガスの取り扱いに掛かる費用も高くなる。合成ガス中のタールの処理をしない場合、合成ガス冷却器とダストフィルタなどの下流に置かれる機器は汚損しやすく、動作上の信頼性が低下する。

移動層ガス化炉で以上の様な種類の瀝青炭をガス化することはもっとむずかしい。大部分の瀝青炭は粘結傾向があり、かつ、移動層ガス化炉では粘結炭をうまく処理できない。移動層ガス化炉の炭素転換率は、動作温度に関連する制約により、流動層ガス化炉よりも更に低い。更に、移動層ガス化炉は大量のタールとフェノール水を生成するので、現在の環境規制に対応するために莫大な費用が掛かるという問題がある。

２段ガス化は公知である。２つの異なる合成ガスストリームを生成するために開発された固定層または移動層の２段ガス化炉が米国特許第５１３９５３５号に開示されている。一つのストリームは、タールや炭化ガスを含み、他のストリームは炭ガス化による合成ガス生成物である。合成ガス生成物が低容量、低収率であり、廃水生成量が高いので、２段の移動層ガス化炉は廃止されている。

様々な２段流動層ガス化システムがある。一つのタイプは、燃焼器およびガス化炉を有する２容器の構成を使用する。ガス化炉と燃焼器の間のホットソリッドリサイクルと一緒に燃焼器からの燃焼ガスがガス化炉へ送られ吸熱ガス化反応のための熱を提供する。米国特許第４３８６９４０号は、このタイプの一つを開示している。しかしながら、ガス化分野の当業者は、ガス化炉に熱をどのように提供するかが課題でなく、十分な炭素および炭を、所望される合成ガス成分の一酸化炭素と水素に転換可能かどうかが課題であることを理解している。このような２段のシステムにおける約１１００℃までの通常の動作温度範囲では、合成ガスに残留するタールなどの望ましくない成分が原因で一酸化炭素や水素への炭転換率が低下する。したがって、２つの別個の容器における燃焼、ガス化、そしてガス化炉へ燃料ガスの経路化を、燃焼およびガス化ゾーンを有する単一ガス化炉を用いて行っても本質的な違いはない。

米国特許出願公開第２０１３‐００５６６８５号は高い炭素転換率を達成するために２段のガス化炉を使用することを開示している。第１段のガス化炉または熱分解装置は約５００℃〜７００℃で動作し、第２段のガス化炉は１４００℃〜１５００℃で動作する。第２のガス化炉からの灰は溶融し、溶融スラグとして廃棄される。この考えは２段ガス化炉システムにおいて廃棄物をガス化する方法を開示している米国特許第６４５５０１１号の考え方に類似している。第１段のガス化炉は流動層ガス化炉であり、第２段は渦巻き式またはサイクロン式ガス化炉であり、灰はスラグとして溶融し廃棄される。しかも、これらの方法は、高灰分溶融温度を有する高灰分瀝青炭を扱う際、噴流層式ガス化炉と同様に困難であり節約能力に欠ける。

米国特許第８４４４７２４号には、別の２段噴流式スラグガス化炉が開示されている。このタイプのガス化炉は、灰を溶融させスラッグさせることや融剤の使用を必要とするので、高灰分含有量および高灰分溶融温度を有する炭には実行可能な状態で使用することができない。
したがって、現在の炭ガス化技術は、高灰分含有量および高灰分溶融温度を有する炭を経済的に処理できないことは既に明らかである。このような炭をうまくガス化する以外に、下流装置の処理および設計のレイアウトも最終用途の化学合成または発電のために高収率のほぼ無塵の合成ガスを巧みに生成することに重要な役割を果たす。

米国特許第５１３９５３５号明細書 米国特許第４３８６９４０号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００５６６８５号明細書 米国特許第６４５５０１１号明細書 米国特許第８４４４７２４号明細書

本発明の目的は、約９０％より高く、好ましくは約９８％より高い炭素転換率により、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭をガス化できる一連の装置を動作させる処理、適切な装置、および方法を提供するとともに、最終用途の化学物質や電力の生成に向けて、下流の更なる処理のために、タールを殆ど含まない合成ガスを提供することである。

要約すれば、好ましい形態において、本発明は、約１５重量％より高い灰分含有量と約１５００℃より高い初期変形温度を有する灰分とを有する瀝青炭をガス化するための装置のシステムおよび方法を含む。システムは、合成ガスの最終用途に応じて約３０％〜約１００％の酸素を含む酸化剤を有する約９００℃〜約１１００℃の相対的に低い温度で動作する循環流動層輸送ガス化炉を含む。第１段の輸送ガス化炉のライザのガス空塔速度が約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒であり、ここでも、第１段の出口の動作圧力が、ガス化生成物流の最終用途に基づいて、約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａである。これは、他の成分のなかでも、チャー炭素とタールを含む少量の重有機成分を含む様々な合成ガス成分へ最大約９０重量％の炭素転換を行う主要ガス化炉として作用する。反応性の低い瀝青炭を処理する流動層からのタールの炭素分率は、合成ガス中の全炭素の約３重量％〜約１０重量％であってよい。

その後、ガス化炉から残ったチャー炭素およびタールには熱亀裂が入り、約１１００℃〜約１４００℃の相対的に高い温度で動作する高温の流動層部分酸化器において有用な合成ガス成分へ転換される。第２段の流動層部分酸化器の動作温度は、第１段の輸送ガス化炉に送られた瀝青炭の初期灰変形温度に依存する。第２段のガス化炉におけるガス空塔速度範囲は、約３フィート／秒〜約６フィート／秒である。

本発明の２段階の処理は、約９８％を超える有用な合成ガスの成分への全炭素転換率を達成することができ、クリンカや凝集体の形成を回避できない場合、これらを有利に規制することで、（相対的に低い温度による）輸送ガス化炉と（低体積のチャー炭素およびタールによる）部分酸化器の両方のライニングおよび他の内部寿命を長くすることができる。

第２段の部分酸化器からの高温の合成ガスは、合成ガスから熱伝達面へ熱エネルギを伝達する不活性媒体の内部循環流動層において冷却される。好ましくは、合成ガスが熱伝達面に直接接触しないので、腐食、浸食、および汚損に伴う問題が解決されないまでも制限される。合成ガス冷却器からの合成ガス出口温度は、約３００℃〜約５００℃である。

合成ガス冷却器の下流のサイクロンは、必要に応じて、第２段の部分酸化器へ還流するために未転換のチャー炭素を捕捉する。また、サイクロンは下流の粉塵濾過ユニットに掛かる負荷を低減する。濾過ユニットによって収集された微粒子は廃棄するために冷却、減圧され、クリーンな合成ガスは所望される化学合成または発電目的のために使用することができる。

本発明は、従来の輸送ガス化炉および内部循環流動層合成ガス冷却器を改変して、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭を処理する。個別の装置およびシステム全体を動作させるための具体的な条件および方法を以下に記載する。

例示的な実施形態において、本発明は、高灰分で高溶融温度の瀝青炭のためのガス化システムであって、瀝青炭と酸化剤を結合して合成ガスを生成し合成ガスが少なくとも一つの不要種を含有しているガス化炉と、合成ガスを受け取り、不要種の少なくとも一部を合成ガスへ転換する部分酸化器と、部分酸化器からの合成ガスを冷却するための合成ガス冷却器と、合成ガス冷却器からの合成ガスから不要種の少なくとも一部を除去する不要種除去システムと、不要種の少なくとも一部を除去システムから部分酸化器まで戻す除去システム‐部分酸化器リターンフィードと、を含むガス化システムを含む。このシステムは、冷却された合成ガスが通過する濾過ユニットを更に含むことができる。

ガス化炉は、少なくとも一つの不要種を含む合成ガスを生成するために約９００℃〜約１１００℃で動作することができる。部分酸化器は、約１１００℃〜約１４００℃で動作することができる。

不要種はチャー炭素を含むことができる。別の不要種はタールを含むことができる。

部分酸化器は、ガス化炉からチャー炭素やタールを含む合成ガスを受け取り、約１１００℃〜約１４００℃の温度で、チャー炭素とタールの少なくとも一部を更なる合成ガスへ転換することができる。

不要種除去システムは、未反応のチャー炭素の少なくとも一部を収集する下流サイクロンを含むことができる。

除去システム‐部分酸化器リターンフィードは、良好な炭素利用率を達成するために、合成ガス冷却器の下流の不要種除去システムによって収集されたチャー炭素の少なくとも一部を部分酸化器へ供給することができる。

合成ガス冷却器は、部分酸化器動作温度から入口濾過ユニット温度まで合成ガスを冷却する多段合成ガス冷却器を含むことができる。

別の例示的な実施形態において、本発明は、高灰分で高溶融温度の瀝青炭をガス化することができるガス化システムであって、該システムは、瀝青炭を、酸化剤としての酸素や空気と共に、フィードとして取り出し、約９００℃〜約１１００℃の相対的に低い温度で動作し、例えば、チャー炭素およびタールなどの不要種を含有している合成ガスを生成するガス化炉と、ガス化炉からチャー炭素および少量のタールを含有している合成ガスを受け取り、約１１００℃〜約１４００℃の相対的に高い温度でチャー炭素やタールを更なる合成ガスに転換する部分酸化器と、部分酸化器動作温度から所望の粉塵濾過ユニット動作温度まで合成ガスを冷却可能な多段合成ガス冷却器と、合成ガス冷却器の下流および粒子フィルタの上流にあってこの処理から未反応のチャー炭素を収集するサイクロンと、合成ガス冷却器の下流のサイクロンによって収集されたチャー炭素を部分酸化器へ供給してより良好な炭素利用率を実現するチャー炭素戻しループを含み、微粒子は廃棄するために冷却され減圧され、クリーンな合成ガスが所望の化学合成または発電を行うために使用することができる。

システムは、主として電力生成のための通気（空気吹き）モードまたは化学物質または電力生成のための酸素吹きモードで動作することができる。

システムは、約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａで動作することができる。

低温ガス化と高温部分酸化処理は、約９８％を超える炭素転換率を達成し、粉塵やタールを殆ど含まない合成ガスを生成することができる。

ガス化炉は、濃密層内へ接線方向で送られた瀝青炭を有し、ガス化炉の酸素富化下部領域内において循環流動層輸送ガス化炉として構成され、瀝青炭の粘結傾向を最小にすることができる。

部分酸化剤は、酸化剤としての酸素や富化酸素を含む流動層として構成され、合成ガス中の微粒子耐火性チャー炭素やタールを更にガス化することができる。

合成ガス冷却器は、蒸気と過熱蒸気を生成しながら、約１４００℃から約３００℃〜約５００℃まで合成ガスを冷却する内部循環流動層冷却器として構成することができる。好ましくは、冷却器の構成は、合成ガスが熱伝達面と直接接触するのを回避するので、熱伝達面に関連する材料の汚損、腐食、侵食および保存の問題発生を最小限にする。

合成ガス冷却器の下流のサイクロンは、３００℃〜約５００℃で動作し、未転換の微粒子チャー炭素を高効率で捕捉し、下流の粉塵濾過ユニットへの負荷を軽減するように構成することができる。

別の例示的な実施形態において、本発明は、高灰分、高灰分溶融温度の瀝青炭のためのガス化システムを含み、該システムが、瀝青炭ストリームとガス化炉酸化剤ストリームを結合して、第１の濃度で不要種を含有するガス化炉合成ガスストリームを生成するガス化炉であって、動作ガス化炉温度範囲、動作ガス化炉ガス空塔速度範囲、およびガス化炉の出口での動作ガス化炉圧力範囲で動作するガス化炉と、ガス化炉合成ストリームと部分酸化器酸化剤ストリームを結合して第１の濃度より低い第２の濃度で不要種を含有する部分酸化器合成ガスストリームを生成する部分酸化器であって、動作部分酸化器温度範囲、動作部分酸化器ガス空塔速度範囲、および部分酸化器の出口での動作部分酸化器圧力範囲で動作する部分酸化器と、部分酸化器合成ガスストリームから不要種の少なくとも一部を除去する不要種除去システムと、部分酸化器合成ガスストリームを冷却する合成ガス冷却器と、を含む。

ガス化システムは、不要種ストリームを介して除去システムから部分酸化器へ不要種の少なくとも一部を戻すための除去システム‐部分酸化器リターンフィードを更に含むことができ、部分酸化器が蒸気と不要種ストリームをガス化炉合成ガスストリームと部分酸化器酸化剤ストリームに結合して、部分酸化器合成ガスストリームを生成する。

ガス化システムは、冷却された部分酸化器合成ガスストリームが通過する濾過システムを更に含むことができる。

このシステムは、灰分含有量が約１５重量％より高く灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９０％を超える炭素転換率を実現することができる。

このシステムは、灰分含有量が約１５重量％より高く灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９８％を超える炭素転換率を実現することができる。

ガス化炉は循環流動層輸送ガス化炉であってよく、部分酸化器は流動層部分酸化器であってよい。

蒸気は、瀝青炭ストリームとガス化炉酸化剤ストリームに結合してガス化炉合成ガスストリームを生成することができる。

動作ガス化炉温度範囲が約９００℃〜約１１００℃であってよく、動作ガス化炉ガス空塔速度範囲が約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒であってよく、ガス化炉の出口における動作ガス化炉圧力範囲が約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａであってよい。

動作部分酸化器の温度範囲は約１１００℃〜約１４００℃であってよく、動作部分酸化器のガス空塔速度範囲は約３フィート／秒〜約６フィート／秒であってよく、部分酸化器の出口における動作部分酸化器の圧力範囲はガス化炉の出口におけるガス化炉圧力範囲より約５ｐｓｉａ〜約３５ｐｓｉａ低くてもよい。

動作ガス化炉温度範囲は、少なくとも灰分初期変形温度を下回る３５０℃であってよい。

不要種は、チャー炭素、タールおよび微粒子の一以上を含むことができる。

別の例示的な実施形態において、本発明は、約９８％より高い炭素転換率を実現するために高灰分で高灰分溶融温度を有する瀝青炭をガス化する方法であって、約１０００ミクロンより小さい平均粒子サイズの瀝青炭粒子を酸素富化な低ライザ密度の層環境の循環流動層輸送ガス化炉へ送ることと、相対的に低い温度の約９００℃〜約１１００℃でガス化炉を動作することと、合成ガス中の微粒子耐火性チャー炭素とタールをガス化炉から部分酸化器へ送ることと、更なる合成ガスを生成するために、約１１００℃〜約１４００℃の相対的に高い温度で部分酸化器を動作させることと、熱伝達面が合成ガスに直接接触しないように合成ガスから熱伝達面へ熱を伝達するために不活性循環媒体を使用して内部循環流動層冷却器内の合成ガスを冷却することと、下流粉塵濾過ユニットに掛かる負荷を軽減するために約３００℃〜約５００℃の低い温度で動作するサイクロン中の合成ガスから微粒子チャー炭素および灰を分離することと、所望の炭素転換率を達成するために、必要に応じて、部分酸化器で微粒子を再利用することと、更なる下流の処理に向けてクリーンな合成ガスストリームを生成するために粉塵濾過ユニット中の粉塵を濾過することと、保管および廃棄のためにサイクロンおよび濾過ユニットからの粉塵を減圧することと、を含む。

循環流動層輸送ガス化炉は約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒のガス空塔速度で動作することができる。

通常の動作条件下でガス化炉からチャー炭素および灰、および合成ガスと共にガス化炉から排出される未反応チャー炭素および灰の排出を最小にするように固体循環量および給送炭素粒子サイズと共にガス速度を調節することができる。

部分酸化器動作温度は、酸化器に入る合成ガスのチャー炭素およびタール含有量に基づいて酸素流と蒸気対酸素比を調節することによって制御することができる。

本発明の以上のおよび他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して以下の明細書を読むことによってより明確になるであろう。

図１は、本発明の好ましい実施形態による、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭を処理するシステムを概略図である。

図２は、本発明の好ましい実施形態による、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭を処理する別のシステムを概略図である。

図３は、本発明の好ましい実施形態による、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭を処理する概略図である。

本発明の様々な実施形態の基本原理および特徴の理解を容易にするために、様々な例示的な実施形態を以下に説明する。本発明の例示的な実施形態を詳細に説明しているが、他の実施形態が想定されることも理解されよう。したがって、本発明は、その範囲が以下の説明に述べられ、図面で例示されている構成要素の構成および配置の詳細に限定されることを意図していない。本発明は他の実施形態による様々な方法で実施し実行することが可能である。また、例示的な実施形態を記載する際、明確にするために具体的な専門用語を用いる。

また、明細書および添付クレームにおいて使用されているように、単数形の“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”が、特に規定がなければ、複数を参照することにも留意されたい。例えば、構成要素への参照は複数の構成要素の組成物を含むことも意図している。“ａ”構成を含有する組成物の参照は列挙したもの以外の他の構成を含むことを意図している。

また、例示的な実施形態を記載する際、明確にするために専門用語を用いる。当業者によって理解されるように各用語は、その広義を考慮しており同様の目的を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的な等価物を含むことを意図している。

範囲については、本明細書において「約（“ａｂｏｕｔ”）」、「およそ（“ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ”）」、または「ほぼ（“ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ”）」の特定の値および／または「約（“ａｂｏｕｔ”）」、「およそ（“ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ”）」、または「ほぼ（“ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ”）」の他の特定の値まで、として表される。このような範囲を表すとき、他の例示的な実施形態では、一つ特定の値から、および／または、他の特定の値までを含む。

同様に、本明細書で使用されるように、何かを「実質的に含まない」または「殆ど含まない」または「実質的に純粋な」などのチャー炭素特徴付けは、何かを「少なくとも実質的に含まない」、または、「少なくとも実質的に純粋な」、および何かを「完全には含まない」または「完全に純粋である」の両方を含むことができる。

「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」または「有する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、少なくとも名前を挙げた化合物、要素、粒子または方法ステップが組成物または物品または方法に存在することを意味するが、他のこのような化合物、材料、粒子、方法ステップが列挙したものと同じ機能を果たすとしても、他の化合物、材料、粒子、方法ステップの存在を排除しない。

本明細書では、用語「ストリーム」は、材料がある場所から別の場所に移動する数多くの方法を含むように使用される。例えば、「炭ストリーム」や「酸化剤ストリーム」は、必ずしも連続的な流れを指しておらず、あるいは、「ストリーム」は、液体または気体ベースである。容器に分配された「炭ストリーム」は、容器の外側からの炭を容器へ輸送することを示し、炭は液体または濃縮ガスであり、炭は炭の粒子であってよい。したがって、容器が２つのストリームを結合する場合、容器内で２つの材料が混合されるが、材料の連続的なストリームが必ずしも容器内で混合されるわけではないことを想定されたい。ストリームを介する分配は、断続的、離散的、または連続的であってよい。

また、一以上の方法ステップの言及が、明確に指定されたこれらのステップ同士の間で更なる方法ステップまたは介在する方法ステップの存在を除外するものではないことが理解されよう。同様に、また、組成物中の一以上の成分の言及は明確に指定された以外の更なる成分の存在を除外しないことも理解されたい。

本発明の様々な要素を構成する際に記載されている材料は、例示目的でありこれらに限定されない。本明細書に記載されている材料と同じまたは同様の機能を果たすと思われる数多くの適切な材料が、本発明の範囲を逸脱しないことが意図される。本明細書に記載していない他の材料には、これらに限定されないが、例えば、本発明を開発した以降に開発される材料を含むことができる。

本発明は、灰分含有量が約１５重量％より高く、灰分溶融温度が約１５００℃を実質的に上回る瀝青炭をガス化することを意図している。本発明は、約２５重量％〜約４５重量％の高い灰分を有するが、スラッギング噴流ガス化炉などの既存のガス化炉でガス化する経済的に実現可能ではない約１１５０℃〜約１５００℃の低い灰分溶融温度を有する他の瀝青炭をガス化することも意図している。

図１〜２を参照するに、高灰分および高灰分溶融温度の瀝青炭のための好ましいガス化システムは、瀝青炭ストリーム１２０と、ガス化炉酸化剤ストリーム１１０と、蒸気とを結合して合成ガスストリーム１５０を生成するガス化炉１００を含み、合成ガスストリーム１５０は、例えば、チャー炭素および／またはタールなどの少なくとも一つの不要種を含有している。ガス化炉１００は、動作ガス化炉温度範囲、動作ガス化炉ガス空塔速度範囲、およびガス化炉の出口における動作ガス化炉圧力範囲で動作する。好ましくは、動作ガス化炉温度範囲は約９００℃〜約１１００℃である。好ましくは、動作ガス化炉ガス空塔速度範囲は約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒である。好ましくは、ガス化炉
出口の動作ガス化炉圧力範囲が約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａである。

部分酸化器２００は合成ガスストリーム１５０を受け取り、不要種の少なくとも一部を合成ガスストリーム２３０へ転換する。部分酸化器は合成ガスストリーム１５０を部分酸化器酸化剤、蒸気ストリーム２１０、および不要種除去システム２５０から収集された層粒子（層材料）ストリーム２６０に結合させる。部分酸化器２００はまた不要種の一部を合成ガスに転換する際、蒸気ガス化および他のガス化反応を促進する。部分酸化器２００は、動作部分酸化器温度範囲、動作部分酸化器ガス空塔速度範囲、および部分酸化器の出口においては動作部分酸化器圧力範囲で動作する。好ましくは、動作部分酸化器温度範囲は約１１００℃〜約１４００℃である。好ましくは、動作部分酸化器ガス空塔速度範囲は約３フィート／秒〜約６フィート／秒である。好ましくは、部分酸化器の出口における動作部分酸化器圧力範囲は、ガス化炉の出口でのガス化炉圧力範囲より約５ｐｓｉａ〜約３５ｐｓｉａ低い。

第２段部分酸化器２００は大きく低減されたチャー炭素含有量を有する流動層を動作させることに依存してクリンカ形成を制限または回避するので、第１段サイクロン１３０は第１段輸送ガス化炉１００に使用され、第１段サイクロン１３０で収集されて、ガス化炉１００の酸化剤富化領域の更なる反応のために循環層材料中に保持される、例えば、約５０ミクロンより大きいチャー炭素粒子の流出を制限することができる。

不要種除去システム２５０は、合成ガスストリーム２３０を受け取り、合成ガスストリーム２３０から不要種の少なくとも一部を除去する。この不要種は、他の種のなかでもチャー炭素およびタールを含むことができる。好ましい実施形態では、システム２５０は、第２段サイクロン２５０を備える。

除去システムから部分酸化器までの収集粒子層ストリーム２６０は、除去システム２５０から部分酸化器２００に不要種の少なくとも一部を戻す。

第２段サイクロン２５０から出る合成ガスストリーム２４０は、主として、灰微粒子や任意の未反応の微粒子チャー炭素粉塵を含有している。動作部分酸化器の温度範囲内にあるであろう相対的に高温の合成ガスストリーム２４０は、その後、合成ガス冷却器３００に入り、第２段サイクロン２５０／部分酸化器２００からの合成ガスを冷却する。合成ガス冷却器３００は、合成ガスストリーム２４０を合成ガス冷却器の温度範囲まで冷却する。好ましくは、合成ガス冷却器の温度範囲は、約３００℃〜約５００℃であり、合成ガス冷却器３００は、合成ガスを冷却している間、蒸気および過熱蒸気を生成する。

第３のサイクロン３５０は合成ガス冷却器３００の下流に位置することができ、合成ガス冷却器３００を通過する灰微粒子によってより低い温度で高い負荷で動作するので、入口合成ガスストリーム３３０から未反応のチャー炭素を収集する際に効果的である。

第３のサイクロン３５０を出る合成ガスストリーム３６０は、濾過システム４００に入ることができる。好ましくは、濾過システム４００はシステム４００の入口における粉塵濃度をシステム４００の出口の濾過範囲に低下して、下流の最終用途のために粉塵を殆ど含まない合成ガスストリーム４５０を生成することができる。好ましくは、濾過システム４００の濾過範囲は、システム４００からの合成ガス出口ストリーム４５０において約０．１ｐｐｍｗ〜約１ｐｐｍｗの粉塵濃度である。

濾過システム４００からの微粒子は、例えば、参照することによって本明細書中に組み込まれる米国特許第８０６６７８９号に開示されている連続灰微粒子減圧（ＣＦＡＤ）システム５１０を用いて更に冷却および減圧した後で、微粒子受容器５００内に収集され、ストリーム５５０を経て廃棄される。第３のサイクロン３５０から収集された微粒子３８０の一部は部分酸化器２００へ還流され、および／または、ストリーム３７０として別のＣＦＡＤシステム５１０を介して冷却され減圧され、ストリーム５５０を介して廃棄されてもよい。

より具体的には、ガス化炉１００は、瀝青炭の反応性に依存して約１５０ミクロン〜約３００ミクロンの好ましい範囲の質量平均粒子サイズを有する平均サイズの約１０００ミクロン未満の循環流動層輸送ガス化炉処理する給送炭素粒子として動作する。輸送ガス化炉の様々なセクションおよび機能性は、本明細書中に参照することによって組み込まれている米国特許第７７７１５８５号および米国特許出願公開第２０１１‐０１４６１５２号に記載されている。例えば、好ましくは、酸素および／または空気などのガス化炉酸化剤ストリーム１１０は、ガス化炉に添加され、炭素粒子と部分的に反応し、ガス化反応に必要とされる熱エネルギを提供し、ガス化炉の温度を維持する。例示的な実施形態において、濃縮空気の使用は、空気吹きされたガス化プラントに配置され得る空気分離ユニットからの酸素を混合することによって経済性が高まり、不活性用途のために窒素を提供する。動作ガス化炉温度は、相対的に低く、約９００℃〜約１１００℃である。動作ガス化炉圧力は、好ましくは、約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａである。

輸送ガス化炉において瀝青炭をガス化するために、炭ストリーム１２０は、ガス化炉１００の下部ライザ部分の円錐領域へ送られ、供給ジェットの不活性力と重力下では炭粒子は、最初のうちは下方へ降下し、ガス化炉の底部からのガス化炉酸化剤ストリーム１１０と接触することになる。送られた炭粒子は酸素環境において加熱し始め、炭の粘結傾向が最小限に抑えられる。さらに、炭ストリーム１２０は、下方に向かう接線方向のノズルで送られ、ガス化炉の壁に沿って下方へ流れる固体と相互作用する。この相互作用は、ガス化炉の底部に行くほどに固体循環量を増加させ、ガス化炉の底部から送られる酸化剤と蒸気の分散量を改善する。炭と循環固体粒子の混合は新しい炭粒子の濃度を希釈し、炭粒子を粘結させて互いに粘着することで凝集体を形成する可能性を最小限に抑える。

本発明の別の実施形態では、炭はまた、ループシール１４０のライザ部分に供給され、粘結炭が循環する固体重量の約１００倍の重量で混合されることによって、粘結性の炭粒子が凝集体を形成する可能性を削減することができる。炭の強い粘結傾向をなくすための更なる方法としては、例えば、酸素などの少量の酸化剤を炭搬送ガスに添加する方法がある。ループシール１４０のライザ内へ供給される酸素は、循環する固体によって急速に分散されるので、炭送り地点近くでの温度上昇を最小限に抑えることができる。

蒸気は、ガス化炉の円錐領域や他の領域部分へ添加され、ガス化炉の温度を部分的に規制しさらに炭粒子と反応し、合成ガスを生成する。また、ガス化炉の温度は配水塔からの固体循環によっても規制される。固体循環量と供給炭粒子のサイズと共にガス速度は、通常の作動条件下において、ガス化炉からの灰または他の不要種の排出を最小限に抑えるように調節することができる。この動作によって、過剰な（未反応の）チャー炭素は、ガス化炉を出る合成ガスに巻き込まれ、更なる転換のために第２段部分酸化器２００へ供給されることになる。

瀝青炭ガス化の際にガス化炉１００で生成されるチャー炭素は本来、高耐火性であるため、相対的に低い第１段輸送ガス化炉の動作条件では、有用な合成ガスへの転換はむずかしい。また、ガス化炉１００内のガス化は、制約された動作条件のため、タールを生成する。別の流動層反応炉であってよい第２段部分酸化器２００は、高温の合成ガスを受け取り、該合成ガスは、約２５０℃より低い温度に冷却されると、タールに変わることになるかなりの量の微粒子耐火性チャー炭素または他の多くの有機成分を潜在的に担持している。これらの多くの有機成分を、本明細書では、合成ガス中のタール留分と総称する場合がある。ストリーム２１０を通過するわずかな留分の酸化剤（空気、濃縮空気または酸素）および蒸気は、未反応のチャー炭素やタールを更に熱転換するために部分酸化器に添加されることができる。

第２段部分酸化器の動作温度は相対的に高く、約１１００℃〜約１４００℃の範囲、または炭灰分初期変形温度より低い最大約１００°Ｆであってよい。部分酸化器の動作圧力は第１段ガス化炉１００より約５ｐｓｉａ〜約３５ｐｓｉａ低くてもよい。部分酸化器の温度は入口合成ガスストリームにおけるチャー炭素およびタール含有量に基づいてストリーム２１０中の酸化剤流れや蒸気対酸素比を調節することによって維持される。第２段部分酸化器は乱流流動式にて動作させることができ、ガス空塔速度は部分酸化器の高さを最小にし、ガスの滞留時間を最長にするために約３フィート／秒〜約６フィート／秒であってよい。

個々のチャー炭素粒子は、チャー炭素粒子の表面酸化により流動層ガス化炉のバルク層より実質的に高い温度である。このことは、ガス化炉バルク温度が灰分初期変形温度より低い約１００℃である場合でも、凝集体やクリンカの形成につながる可能性がある。更に、低反応性炭をガス化する場合、チャー炭素濃度は、流動層において相対的に高い。ガス化炉に添加される酸化剤は、相対的に低体積のガス化炉において急速消費され、ホットスポットおよびクリンカを形成する可能性がある。これらの問題に対応すべく、本発明の好ましい実施形態によれば、第１段輸送ガス化炉における動作温度は、灰分初期変形温度より低い約４００℃を上回り、完全に回避しないまでも、クリンカの形成を制限する。

第２段部分酸化器の動作温度は、第１段輸送ガス化炉の動作温度より高くてもよい。第２段部分酸化器の好ましい動作温度は、灰分初期変形温度より低い約３０℃〜約５０℃とすることができるが、好ましくは約１４００℃以下であればよい。このより高い温度によって、第２段における微粒子チャー炭素やタールの高い転換率が確保される。

第２段部分酸化器はクリンカ形成を制限または回避するためにチャー炭素含有量が大きく削減された流動層を動作させることに依存する。第１段輸送ガス化炉における第１段サイクロン１３０の設計では、約５０ミクロンより大きなチャー炭素粒子が収集され、酸化剤富化ゾーンでの更なる反応のために循環層材料に保持されることが実質的に確立される。チャー炭素の生成量は、第１段輸送ガス化炉へ送られる炭素の約１０重量％〜約２０重量％でよい。第１段ガス化炉サイクロンによって生成はされたが収集されなかった相対的に少ない留分の微粒子チャー炭素のみが第２段部分酸化器へ（合成ガスストリーム１５０を介して）送られ、少なくともその一部が合成ガスに転換される。第２段部分酸化器内で転換されなかった相対的に少ない留分の微粒子チャー炭素は、ストリーム２４０を介して合成ガスと共に第２段から排出される。これらが要因となって、第２段部分酸化器２００におけるチャー炭素の蓄積量は減少するかまたはゼロになり、層のチャー炭素濃度は約０．２重量％未満になる。第２段の流動層における低濃度のチャー炭素において、高温のチャー炭素粒子が衝突してより大きい粒子を形成し、これが最終的にクリンカを生じる確率が極めて低い。

更に、第２段の流動層において、約１０ミクロン〜５００ミクロンの全ての相対的に大きい不活性粒子はほぼ同じバルク温度を有している。これらの不活性粒子は、微粒子チャー炭素（約０．２重量％未満）やタールより過剰に存在しているので、これらが部分的に酸化される際、微粒子チャー炭素の高温表面温度を急速に低下させる。したがって、部分酸化器の第２段の流動層はホットスポットを少し有するか、または全く有さないので、クリンカや凝集体を形成するリスクを伴わずに、ガス化炉１００よりはるかに高い温度で動作可能となる。

第２段の流動層における不活性粒子は、部分酸化器の第２段の流動層から出る合成ガスストリーム２３０において同伴粒子を収集するために第２段サイクロン２５０によって保持される。収集された層の粒子は、収集された粒子層ストリーム２６０を介して第２段の流動層へ還流される。余剰層は、冷却、減圧後に廃棄するためにストリーム２２０を介して回収される。第２段のサイクロン２５０を出る合成ガスストリーム２４０は、主として微粒子の灰および任意の未反応の微粒子チャー炭素の粉塵を含む。約１４００℃までになり得る高温合成ガスストリーム２４０は、その後、合成ガス冷却器３００に入る。

合成ガス冷却器３００は、高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭をガス化するために多段の内部循環流動層（ＩＣＦＢ）冷却器を含むことができる。多段のＩＣＦＢ冷却器は参照することによって本明細書中に組み込まれる米国特許出願公開第２００４‐０１００９０２号に開示されている。ＩＣＦＢ冷却器３００は、合成ガスを約３００℃〜約５００℃までの好ましい温度に冷却し、合成ガスを冷却している間、蒸気を生成したり過熱したりする。ＩＣＦＢ冷却器において、合成ガスは不活性循環媒体３１０を用いて冷却され、好ましくは、熱伝達面を合成ガスに直接接触させずに、合成ガスから熱伝達面３２０へ熱を伝達することができる。結果的に、ＩＣＦＢ合成ガス冷却器は、汚損、腐食、侵食、および保守における課題を克服するという点で、従来の冷却器よりはるかに有効である。

合成ガス冷却器の下流にある第３のサイクロン３５０は、ＩＣＦＢ合成ガス冷却器を通過する灰微粒子によってより低温でより高負荷で動作するので、未反応なチャー炭素を収集するのに有利である。サイクロンのチャー炭素収集効率は、サイクロンの入口で合成ガスストリーム３３０の少なくとも１０の不活性粒子の未反応チャー炭素に対する質量比を保つことで、高くすることができる。サイクロンの入口における所望の負荷は、ＩＣＦＢ冷却器における不活性媒体のサイズ分布を適切に選択し、冷却ガス空塔速度を調節することによって、達成される。不活性粒子材料と共に収集されたチャー炭素の一部は、必要に応じて、ストリーム３８０として、第２段の部分酸化器２００の底部に添加され、チャー炭素を更に転換し炭素転換率全体を向上することができる。さらに、冷サイクロンの高い収集効率は、粉塵濾過ユニット４００および下流の灰微粒子処理システム５００に掛かる負荷を軽減する。

粉塵濾過ユニット４００は、残留微粒子の少なくとも一部を除去するバリアフィルタを含むことができる。微粒子粉塵は、処理温度に耐え得る、例えば、陶磁器のまたは焼結金属製のキャンドルフィルタによって濾過することができる。キャンドルフィルタは、濾過ユニット４００入口の約４，０００ｐｐｍｗ〜約２０，０００ｐｐｍｗの粉塵濃度を、ユニット出口の約０．１ｐｐｍｗ〜１ｐｐｍｗまで低減し、下流の最終用途に対して粉塵を殆ど含まない合成ガス４５０を生成する。微粒子は、参照することによって本明細書中に組み込まれている米国特許第８０６６７８９号に開示されている、例えば、灰微粒子連続減圧（ＣＦＡＤ）システム５１０を使用した更なる冷却および減圧後に、微粒子受容器５００に収集し、ストリーム５５０を介して廃棄することができる。第３のサイクロン３５０からの微粒子も、別のＣＦＡＤシステム５１０によって冷却、減圧されて、ストリーム５５０を介して廃棄され得るストリーム３７０を生成することができる。

図３に示すように、９０％より高い炭素転換率を達成するために高灰分で高灰分溶融温度を有する瀝青炭をガス化する好ましい方法は、瀝青炭ストリーム、ガス化炉酸化剤ストリーム、および蒸気を結合したものをガス化して合成ガスストリームを生成するステップ１０００を含む。合成ガスストリームは、例えば、チャー炭素および／またはタールなどの少なくとも一つの不要種を含有している。更なるステップは、ステップ１１００において、ステップ１０００からの合成ガスストリームを部分酸化し、不要種の少なくとも一部を合成ガスストリームへ転換するステップを含む。部分酸化ステップ１１００は、ステップ１０００からの合成ガスストリームを、部分酸化器酸化剤と、蒸気ストリーム、および不要種除去ステップ１２００からの収集された粒子層ストリームと結合する。

不要種の除去ステップ１２００は、ステップ１１００からの合成ガスストリームを受け取り、合成ガスストリームから洗浄排水された不活性層材料と共に不要種の少なくとも一部を除去する。不要種は、他の種のなかでも、チャー炭素とタールを含むことができる。

ステップ１２００を終えた合成ガスストリームは、主として、灰微粒子と任意の未反応微粒子チャー炭素粉塵を含有している。その後、相対的に高熱の合成ガスストリームは、ステップ１１００／１２００から得られた合成ガスを冷却するためにステップ１３００で合成ガス冷却器に入る。ステップ１３００で、合成ガス冷却器は合成ガスストリームを冷却する。

冷却器での合成ガスストリームは、合成ガスストリームから灰微粒子と未反応微粒子チャーを更に除去するために第３のサイクロンに入る（ステップ１４００）。第３のサイクロンの効率は、極めて低温度で動作した場合、第２のサイクロンに比べてかなり高効率である。ステップ１４００において、収集した微粒子の一部は、ステップ１１００の更なる部分酸化のために還流される。第３のサイクロンを出た合成ガスストリームは、濾過ステップ１５００に入ることができる。好ましくは、濾過ステップ１５００は、粉塵濃度を下げて、粉塵を殆ど含まない合成ガスストリームを生成することができる。

微粒子を廃棄するステップ１６００は、例えば、ＣＦＡＤシステムを使用した更なる冷却および減圧の後で実施することができる。

多数の特徴および利点が、構造や機能の詳細とともに以上の記載において述べられている。本発明のいくつかの実施形態が開示されているが、以下の特許請求の範囲に記載されている本発明およびその等価物の精神および範囲を逸脱しない限り、特に、部品の形状、サイズ、および構成は多数の改変、追加、および省略が成されてよいことは当業者に明らかであろう。したがって、本明細書中の教示によって示唆されている他の改変または実施形態の適用は、具体的には、添付の特許請求の範囲が及ぶ範囲において留保される。

Claims (37)

1. 高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭のためのガス化システムであって、
   瀝青炭ストリームとガス化炉酸化剤ストリームを結合して、第１の濃度で不要種を含有するガス化炉合成ガスストリームを生成するガス化炉であって、動作ガス化炉温度範囲、動作ガス化炉ガス空塔速度範囲、および該ガス化炉の出口での動作ガス化炉圧力範囲で動作するガス化炉と、
   該ガス化炉合成ガスストリームと部分酸化器酸化剤ストリームを結合して第１の濃度より低い第２の濃度で該不要種を含有する部分酸化器合成ガスストリームを生成する部分酸化器であって、動作部分酸化器温度範囲、動作部分酸化器ガス空塔速度範囲、および該部分酸化器の出口での動作部分酸化器圧力範囲で動作する部分酸化器と、
   該部分酸化器合成ガスストリームから不要種の少なくとも一部を除去する不要種除去システムと、
   該部分酸化器合成ガスストリームを冷却する合成ガス冷却器と、を含むガス化システム。
2. 不要種ストリームを介して前記除去システムから前記部分酸化器へ不要種の少なくとも一部を戻すための除去システム‐部分酸化器リターンフィードを更に含み、前記部分酸化器が、蒸気と不要種ストリームを前記ガス化炉合成ガスストリームと部分酸化器酸化剤ストリームに結合し、前記部分酸化器合成ガスストリームを生成する、請求項１に記載のガス化システム。
3. 前記冷却された部分酸化器合成ガスストリームが通過する濾過システムを更に含む請求項１に記載のガス化システム。
4. 前記システムは、灰分含有量が約１５重量％より高く前記灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９０％を超える炭素転換率を実現する請求項１に記載のガス化システム。
5. 前記システムは、灰分含有量が約１５重量％より高く前記灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９８％を超える炭素転換率を実現する請求項１に記載のガス化システム。
6. 前記ガス化炉は循環流動層輸送ガス化炉であり、前記部分酸化器が流動層部分酸化器である請求項１に記載のガス化システム。
7. 蒸気が前記瀝青炭ストリームとガス化炉酸化剤ストリームに結合して、前記ガス化炉合成ガスストリームを生成する請求項１に記載のガス化システム。
8. 前記動作ガス化炉温度範囲が約９００℃〜約１１００℃であり、前記動作ガス化炉ガス空塔速度範囲が約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒であり、前記ガス化炉の出口における前記動作ガス化炉圧力範囲が約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａである請求項１に記載のガス化システム。
9. 前記動作部分酸化器の温度範囲が約１１００℃〜約１４００℃であり、前記動作部分酸化器のガス空塔速度範囲が約３フィート／秒〜約６フィート／秒であり、前記部分酸化器の出口における前記動作部分酸化器の圧力範囲が前記ガス化炉の出口における前記ガス化炉圧力範囲より約５ｐｓｉａ〜約３５ｐｓｉａ低い請求項１に記載のガス化システム。
10. 前記動作ガス化炉温度範囲は、少なくとも前記灰分初期変形温度を下回る３５０℃である請求項４に記載のガス化システム。
11. 前記不要種がチャー炭素を含む請求項１に記載のガス化システム。
12. 前記不要種がタールを含む請求項１に記載のガス化システム。
13. 前記不要種が灰微粒子を含む請求項１に記載のガス化システム。
14. 高灰分で高灰分溶融温度を有する瀝青炭のためのガス化システムであって、
    瀝青炭と酸化剤を結合してガス化炉合成ガスを生成し、該ガス化炉合成ガスが少なくとも一つの不要種を含有しているガス化炉と、
    該ガス化炉合成ガスを受け取り、該不要種の少なくとも一部を合成ガスへ転換して、部分酸化器合成ガスを生成する、部分酸化器と、
    該部分酸化器合成ガスから該不要種の少なくとも一部を除去する不要種除去システムと、
    該部分酸化器合成ガスを冷却するための合成ガス冷却器と、
    該不要種の少なくとも一部を該除去システムから該部分酸化器へ戻すための除去システム‐部分酸化器リターンフィードと、を含むガス化システム。
15. 前記冷却された合成ガスが通過する濾過ユニットを更に含む請求項１４に記載のガス化システム。
16. 前記ガス化炉が、少なくとも一つの不要種を含有している前記ガス化炉合成ガスを生成するために、約９００℃〜約１１００℃および前記灰分初期変形温度より低い少なくとも約３５０℃の温度で動作する、請求項１４に記載のガス化システム。
17. 前記部分酸化器が約１１００℃〜約１４００℃の温度で動作する請求項１４に記載のガス化システム。
18. 前記不要種がチャー炭素を含む請求項１４に記載のガス化システム。
19. 前記不要種がチャー炭素とタールを含む請求項１４に記載のガス化システム。
20. 前記不要種除去システムが未反応チャー炭素の少なくとも一部を収集するサイクロンを含む請求項１８に記載のガス化システム。
21. 前記除去システム‐部分酸化器リターンフィードが、前記合成ガス冷却器の下流の前記不要種除去システムによって収集された前記チャー炭素の少なくとも一部を前記部分酸化器へ送ることによって、高い炭素利用率を達成する請求項１８に記載のガス化システム。
22. 前記部分酸化器が、前記ガス化炉からチャー炭素およびタールを含有している前記ガス化炉合成ガスを受け取り、前記チャー炭素およびタールの少なくとも一部を更なる合成ガスへ転換し、前記部分酸化器が約１１００℃〜約１４００℃で動作する請求項１９に記載のガス化システム。
23. 前記合成ガス冷却器が、前記部分酸化器動作温度から入口濾過ユニット温度まで前記部分酸化器合成ガスを冷却する多段合成ガス冷却器を含む請求項１５に記載のガス化システム。
24. 前記システムは、灰分含有量が約１５重量％より高く前記灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９０％を超える炭素転換率を実現する請求項１４に記載のガス化システム。
25. 前記システムは、灰分含有量が約１５重量％より高く前記灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９８％を超える炭素転換率を実現する請求項１４に記載のガス化システム。
26. 前記ガス化炉が循環流動層輸送ガス化炉であり、瀝青炭が濃度層と前記ガス化炉の酸素富化な下部領域へ接線方向に供給されることによって瀝青炭の粘結傾向を最小にする請求項１４に記載のガス化システム。
27. 前記部分酸化器が、前記合成ガス中の微粒子耐火性チャー炭素およびタールを更にガス化するために使用される蒸気や酸化剤を含む、約３フィート／秒〜約６フィート／秒のガス空塔速度の乱流流動層である請求項１４に記載のガス化システム。
28. 合成ガス冷却器は、蒸気および過熱蒸気を生成しながら、約１１００℃〜約１４００℃の入口温度から約３００℃〜約５００℃の出口温度まで前記部分酸化器合成ガスを冷却する内部循環流動層の冷却器である請求項１４に記載のガス化システム。
29. ９０％を超える炭素転換率を実現する高灰分で高灰分溶融温度の瀝青炭をガス化する方法であって、
    約１５〜約４５重量％の灰分を有する瀝青炭を供給することと、
    約１１５０℃より高灰分溶融温度を有する瀝青炭を供給することと、
    平均粒子サイズが約１５０ミクロン〜約３００ミクロンの瀝青炭粒子を、酸素富化でライザ密度の低い層環境の循環流動層輸送ガス化炉へ供給することと、
    凝集体形成を制限するために、該炭送り量の少なくとも１００倍の固体循環量を有する該循環流動層輸送ガス化炉のループシールの該ライザへ粘結瀝青炭を供給することと、
    合成ガスを形成するために該ガス化炉を約９００℃〜約１１００℃で動作させることと、
    該ガス化炉から部分酸化器へ該合成ガス中の微粒子耐火性チャー炭素やタールを供給することと、
    更なる合成ガスを生成するために約１１００℃〜約１４００℃で該部分酸化器を動作させることと、
    熱伝達面が該合成ガスに直接接触しないように該合成ガスからの熱を該熱伝達面へ伝達するために不活性循環媒体を使用して内部循環流動層冷却器の該部分酸化器からの該合成ガスを冷却することと、
    下流粉塵濾過ユニットに掛かる負荷を軽減するために、約３００℃〜約５００℃で動作するサイクロン中の合成ガスから微粒子チャー炭素および灰を分離することと、
    所望の炭素転換率を達成するために、必要に応じて、該部分酸化器へ微粒子を再利用することと、
    更なる下流の処理に向けてクリーンな合成ガスストリームを生成するために粉塵濾過ユニット中の粉塵を濾過することと、
    保管および廃棄のために該サイクロンおよび濾過ユニットからの粉塵を減圧することと、を含む方法。
30. 前記システムは、灰分含有量が約１５重量％より高く前記灰の初期変形温度が約１５００℃より高い瀝青炭をガス化する合成ガスに対して、約９８％を超える炭素転換率を実現する請求項２９に記載の方法。
31. 合成ガスを生成するために蒸気とガス化炉酸化剤を瀝青炭と結合することを更に含む請求項２９に記載の方法。
32. 約１２フィート／秒〜約５０フィート／秒のガス空塔速度範囲で前記ガス化炉を動作させることを更に含む請求項２９に記載の方法。
33. 約３０ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａの前記ガス化炉の出口における圧力範囲で前記ガス化炉を動作させることを更に含む請求項２９に記載の方法。
34. 約３フィート／秒〜約６フィート／秒のガス空塔速度範囲にて前記部分酸化器を動作させることを更に含む請求項２９に記載の方法。
35. 前記ガス化炉の出口における前記ガス化炉圧力範囲より約５ｐｓｉａ〜３５ｐｓｉａ低い前記部分酸化器の出口における圧力範囲にて前記部分酸化器を動作させることを更に含む請求項２９に記載の方法。
36. 前記ガス化炉からのチャー炭素および灰、および、前記合成ガスと共に前記ガス化炉から排出される未反応のチャー炭素および灰の排出を調節するために、前記ガス化炉内のガス速度を制御し、前記ガス化炉の前記固体循環量を制御し、前記給送炭素粒子サイズを制御することを更に含む請求項２９に記載の方法。
37. 前記酸化器に入る合成ガスの前記チャー炭素とタール含有量に基づいて前記酸化剤流および蒸気対酸素比を調節することによって前記部分酸化器動作温度を制御することを更に含む請求項３６に記載の方法。

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