JP5951408B2 - ガス化システムからの熱回収 - Google Patents

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Description

本明細書に開示の主題は、概してガス化システムに関し、特に、ガス化システムから低、中、及び／又はその他のグレードの熱を回収するシステムに関する。
ガス化システムは、発電（例えば、統合ガス化複合サイクル発電所等）や、化学合成（例えば、エタノール、メタノール、アンモニア、代替天然ガス（ＳＮＧ）、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）法の液体等）、又はその他の目的に使用可能なシンガスを生成する。例えば、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電所は、石炭や天然ガス等の様々な炭素原料からのエネルギー生成を、比較的清浄且つ効率的に行える。ガス化システムは、ガス化装置内で酸素と蒸気を反応させることによって、炭素原料又はその他の燃料を、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2）のガス状混合物、即ちシンガスに変換できる。しかし、ガス化システムによって生成されたシンガスは、使用前に、多くの場合に冷却が必要で、構造によっては浄化が必要である。浄化及び／又は冷却プロセスの間、一部の熱エネルギーが使用されずに、廃棄エネルギーになることもある。同様に、浄化されたシンガスの燃焼により、使用されない熱エネルギーが生成されることもある。
米国特許第６２１６４３６号
したがって、熱エネルギーを抽出することによって、廃棄される熱エネルギーの量を減らすシステムが望ましいであろう。
本来クレームされている発明の範囲に含まれる一部の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲を限定することを意図したものではなく、本発明に可能な形態の簡潔な要約を提供することのみを意図したものである。実際に、本発明は、下記の実施形態と同様又は異なる、種々の形態を包含し得る。
第１実施形態において、システムは複数の部品から成り、この複数の部品は、燃料を受け取ってシンガスを生成するように構成されたガス化装置と、このガス化装置に接続され、ガス化装置からのシンガスを冷却するように構成されたガス冷却システムを含む。この複数の部品は更に、ガス冷却システムに接続された、ガス冷却システムからのシンガスを浄化するガス浄化システムと、このガス浄化システムに接続された、ガス浄化システムからのシンガスを燃焼するように構成されたガスタービンを含む。本システムは更に、これらの複数の部品に接続された、複数の部品からの熱を変換して発電するように構成された有機ランキンサイクルシステムを含む。
第２実施形態において、システムは、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システムと、ＩＧＣＣシステムに接続された有機ランキンサイクルシステムを含む。有機ランキンサイクルシステムは、ＩＧＣＣシステムから加熱されたボイラ給水を受け取り、ＩＧＣＣシステムに冷却されたボイラ給水を送達するように構成される。有機ランキンサイクルシステムは、加熱されたボイラ給水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、発電するように構成される。
第３実施形態において、有機ランキンサイクルシステムは、ガス化システムから加熱された流体を受け取り、ガス化システムに冷却液を送達するように構成された蒸発器を含む。有機ランキンサイクルシステムは更に、蒸発器から冷媒蒸気を受け取るように構成されたターボ発電機を含む。ターボ発電機は、冷媒蒸気によって駆動され、発電する。有機ランキンサイクルシステムは、ターボ発電機から冷媒蒸気を受け取って、この冷媒蒸気を凝縮し、液体冷媒を生成するように構成されたコンデンサを含む。有機ランキンサイクルシステムは更に、コンデンサから液体冷媒を受け取り、液体冷媒の圧力を増大させ、この加圧液体冷媒を蒸発器に送達するように構成されたポンプを含む。
本発明の技術的な効果には、ガス化システムの様々な部分からの低品位熱を利用できることが含まれる。一部の実施形態では、この低品位熱の温度が約７０oＣ〜約１００oＣであるが、他の実施形態では、この熱の温度が約１５０oＣ〜約３００oＣである。ガス化システムからの、さもなければ使用されることがなかった熱を使用して有機ランキンサイクルシステム９０が発電するので、ガス化システムによる消費電力を削減できる。更に、ガス化システムの冷却システムに必要な電力を削減できる。加えて、ガス圧を低下させずにガスを冷却できる。有機ランキンサイクルシステム９０で使用する冷媒は、他のシステムで使用する冷媒に比べて、有機ランキンサイクルシステム９０の部品を腐食に曝すことを少なくできる。腐食への暴露が減少すると、有機ランキンサイクルシステム９０の部品の製造コストを削減できる。
システムによって生成された熱を有機ランキンサイクルで利用する、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電所の一実施形態のブロック図である。 図１のＩＧＣＣシステム等のガス化システムで使用可能な、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムの一実施形態の処理フロー図である。 有機ランキンサイクルシステムに使用可能な、図１の低温ガス冷却（ＬＴＧＣ）ユニットの一実施形態の処理フロー図である。 有機ランキンサイクルシステムで使用可能な、図１の硫黄回収ユニットの一実施形態の処理フロー図である。 有機ランキンサイクルシステムで使用可能な、図１の抽気（ＥＡ）冷却システムの一実施形態の処理フロー図である。 システムによって生成された熱を有機ランキンサイクルシステムで利用する、ガス化システムの一実施形態の処理フロー図である。
全図面を通じて同様の部分を同様の符号で示した添付図面を参照しながら以下の説明を読めば、本発明のこれら及び他の特徴、態様、利点の理解が深まるであろう。
本発明の１つ以上の具体的な実施形態を以下に記述する。本明細書では、これらの実施形態の記述を簡潔にするために、実際の実装の特徴の全てを記述することはない。あらゆるこうした実際の実装の開発においては、あらゆる工学上の又は設計上の計画と同様に、実装ごとに異なり得るシステム関連の及びビジネス関連の制約の遵守等、開発者の個々の目的を達成するために、実装に応じた多くの決定が必要である。また、こうした開発努力は、煩雑で時間のかかるものであるが、本開示の恩恵を享受する当業者にとっては、設計、製造、及び作製上の日常的な仕事である。
本発明の様々な実施形態を説明する際、単数名詞は、その要素が１つ以上あることを意図する。「有する」「含む」「備える」という用語は、包括的であり、列挙した要素以外にも更に要素があり得ることを意図している。
開示の実施形態は、有機ランキンサイクルシステムにおいて使用するガス化システムから発生する熱の利用に関する。一部の実施形態において、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システムは、様々な熱源とボイラ給水の間で熱交換を行う熱交換器を利用して、加熱されたボイラ給水を生成する。例えば、ＩＧＣＣシステム内の様々な熱源は、低温ガス冷却部、硫黄回収ユニット、及び抽気冷却システムを含む。幾つかの実施形態では、ガス化システムからの高温の生のシンガスを、有機ランキンサイクルシステムで直接使用する。有機ランキンサイクルシステムは、加熱された流体（例えば、加熱されたボイラ給水、高温の生のシンガス等）から熱を抽出し、発電する。冷却された流体は、ガス化システムに送り返される。
図１は、システムによって生成された熱を有機ランキンサイクルシステムで利用する、発電所の一実施形態を示す概略ブロック図である。図示の発電所は、合成ガス、即ちシンガスを生成及び燃焼可能なＩＧＣＣシステム１０である。ＩＧＣＣシステム１０の要素は、ＩＧＣＣシステム１０のエネルギー源として使用可能な、固形飼料等の燃料源１２を含む。燃料源１２は、石炭、石油コークス、バイオマス、木材ベースの材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、アスファルト、製油所からの重質残渣、又はその他の炭素含有物を含む。
燃料源１２の固体燃料は、原料調製ユニット１４に受け渡される。原料調製ユニット１４は、例えば、燃料源１２の切断、ミリング、グリンディング、破砕、粉砕、ブリケッティング、又はパレタイズにより、燃料源１２のサイズ及び形状の変更を行い、原料を生成する。加えて、水、又はその他適当な液体を、原料調製ユニット１４の燃料源１２に追加して、スラリー原料を作製できる。他の実施形態では、燃料源には何も液体を追加せずに、乾燥原料を生成する。
原料調製ユニット１４で調製した原料は、ガス化装置１６に受け渡される。ガス化装置１６は、原料をシンガス（例えば、一酸化炭素と水素を組み合わせたもの）に変換できる。この変換は、使用するガス化装置１６のタイプに応じて、原料を制御された任意量の減速材（例えば、蒸気、液状の水、二酸化炭素、窒素等）と高圧（例えば、約２０バール〜８５バールの絶対圧力）の酸素と高温（例えば、約７００oＣ〜約１６００oＣ）にさらすことによって行われる。熱分解プロセス時の原料の加熱により、固体（例えば、炭化物）と残渣ガス（例えば、一酸化炭素、水素、窒素）が生成される。一部の実施形態では、ガス化装置内の炭化物、又は変換されていない炭素が、生成されるガスから分離し、直接的又は間接的にガス化装置に戻ってリサイクルされる。
ガス化装置１６内の燃焼反応は、炭化物と残渣ガスへの酸素導入を含む。炭化物及び残渣ガスは酸素と反応して、二酸化炭素（ＣＯ2）と一酸化炭素（ＣＯ）を形成し、これに続くガス化反応に熱を供給する。燃焼プロセス中の温度は、例えば約７００oＣ〜約１６００oＣまでの範囲である。更に、蒸気がガス化装置１６に導入される。ガス化装置１６は、蒸気と限られた酸素を利用して原料の一部を燃焼させ、一酸化炭素とエネルギーを生成することにより、原料を更に水素と追加の二酸化炭素に変換する二次反応を発生させる。
このようにして、ガス化装置１６で結果的に得られるガスが生成される。この結果的に得られたガスは、約８５％の一酸化炭素と水素、並びにＣＯ2、ＣＨ4、ＨＣｌ、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ、及びＨ2Ｓ（原料の硫黄含有量に基づく）を含む。この結果的に得られたガスを「生のシンガス」とも称する。ガス化装置１６はまた、湿式灰化材料であり得るスラグ１８等の廃棄物を生成する。
ガス化装置１６からの高温の生のシンガスは、高温の生のシンガスを冷却するように構成可能な、低温ガス冷却（ＬＴＧＣ）ユニット２０に送られる。後述するように、一部の実施形態では、ＬＴＧＣユニット２０は、高温の生のシンガスからの熱を、ボイラ給水システムからのボイラ給水、スチームコンデンセート、有機ランキンサイクルシステム２２からのボイラ給水等、その他の媒体に伝達させるように構成された、１つ又は複数の熱交換器を含む。有機ランキンサイクルシステム２２は、図２及び３に関連して以下に説明するように、ＬＴＧＣユニット２０からの低品位熱を使用して、タービン発電機を動作させる。
ＬＴＧＣユニット２０からの冷却された生のシンガスは、その後、ガス浄化ユニット２４で浄化される。ガス浄化ユニット２４は、酸性ガス除去プロセスによるＨ2Ｓの分離を含み得る、生のガスの洗浄を行い、生のシンガスからＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、及びＨ2Ｓを除去する。元素状硫黄２６は、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）２８によってＨ2Ｓから回収される。一部の実施形態では、後述するように、硫黄回収ユニット２８が、有機ランキンサイクルシステム３０に熱を伝達させるように構成された、１つ又は複数の熱交換器を含む。有機ランキンサイクルシステム３０は、図２及び４に関連して以下に説明するように、硫黄回収ユニット２８からの低品位熱を使用して、タービン発電機を動作させる。ＩＧＣＣシステム１０は、例えば低温蒸留技術を使用して空気を成分ガスに分離する、空気分離ユニット（ＡＳＵ）３２を含む。ＡＳＵ３２は、硫黄回収ユニット２８に酸素を供給する。一部の実施形態では、ガス浄化ユニット２４は、まず生のシンガスから硫黄成分を除去した後に、ガスをクリーンなシンガスとしてガスタービンエンジン４４に送る。
ガスプロセッサ３８を用いて、アンモニアやメタン等のクリーンなシンガス、並びにメタノールやその他の残留化学物質から残留ガス成分４０を除去する。但し、残留ガス成分４０（例えば、テールガス）を含む場合であっても、クリーンなシンガスを燃料として利用できるので、クリーンなシンガスからの残留ガス成分４０の除去は、任意である。この時点で、クリーンなシンガスは、約３〜４０％のＣＯ、約６０％以下のＨ2、及び約１０〜４０％のＣＯ2を含み、実質的にＨ2Ｓは除去されている。このクリーンなシンガスは、可燃性の燃料として、ガスタービンエンジン４４の燃焼器４２（例えば、燃焼室）に送られる。
ＡＳＵ３２は、メイン空気圧縮機（ＭＡＣ）４６からこのＡＳＵ３２に供給される空気から酸素を分離し、この分離した酸素を、ガス化装置１６とＳＲＵ２８に送る。更に、ＡＳＵ３２は、分離した窒素を希釈窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機４８に送る。ＤＧＡＮ圧縮機４８は、ＡＳＵ３２から受け取った窒素を、少なくとも燃焼器４２内と同等の圧力レベルまで圧縮し、燃焼器４２内に注入できるようにする。こうして、ＤＧＡＮ圧縮機４８で窒素が十分なレベルまで圧縮されると、ＤＧＡＮ圧縮機４８は、この圧縮窒素をガスタービンエンジン４４の燃焼器４２に送る。
図示のガスタービンエンジン４４は、タービン５０とドライブシャフト５２と圧縮機５４、並びに燃焼器４２を含む。燃焼器４２は、燃料ノズルから圧力を受けて注入される、シンガス等の燃料を受け取る。この燃料は、圧縮空気とＤＧＡＮ圧縮機４８からの圧縮窒素と混ざり合って、燃焼器４２内で燃焼する。この燃焼により、高温で加圧された排ガスが生成される。燃焼器４２は、この排ガスをタービン５０に向かわせる。燃焼器４２からの排ガスがタービン５０を通過すると、この排ガスによって、タービン５０のタービンブレードが、ガスタービンエンジン４４の軸に沿ってドライブシャフト５２を回転させる。図示のように、ドライブシャフト５２は、圧縮機５４を含むガスタービンエンジン４４の様々な部品に接続可能である。
ドライブシャフト５２は、圧縮機５４にタービン５０を接続して、ロータを形成する。圧縮機５４は、ドライブシャフト５２に接続されたブレードを含む。こうして、タービン５０のタービンブレードの回転によって、圧縮機５４にタービン５０を接続するドライブシャフト５２が、圧縮機５４内のブレードを回転させる。圧縮機５４のブレードの回転によって、圧縮機５４は、圧縮機５４の吸気口から受け取った空気を圧縮する。圧縮空気はその後、燃焼器４２に供給され、燃焼効率を高めるために、燃料と圧縮窒素に混合される。ドライブシャフト５２は更に、例えば発電所で発電を行う発電機等の定置負荷である、負荷５６に接続される。実際、負荷５６は、ガスタービンエンジン４４の回転出力によって電力供給される、あらゆる適当な装置であってよい。
一部の実施形態では、この圧縮機５４は更に、ＡＳＵ３２に空気流を供給して、ＭＡＣ４６を補完する。具体的には、空気が、圧縮機５４の最終段から抽出され、抽気管又は導管５８を通って、ＡＳＵ３２へと導かれる。一部の構成では、ガスタービン圧縮機５４から総空気流量の約５〜５０、１０〜４０、１０〜３５、又は約１０〜３０％が抽出され、ＡＳＵ３２で使用される。更に、圧縮機５４からＡＳＵ３２への空気の流れの一部分が、導管６０を介して硫黄回収ユニット２８に導かれる。一部の実施形態では、圧縮機ＡＳＵ導管５８を通る空気流の約２〜１３、３〜１２、４〜１１、又は約５〜１０％が、導管６０を通って硫黄回収ユニット２８に導かれる。他の実施形態では、別個の導管で、空気の流れを圧縮機５４から硫黄回収ユニット２８に直接導く。
抽気（ＥＡ）冷却システム６２は、抽気導管５８及びＡＳＵ３２の間と、ＡＳＵ３２及びＤＧＡＮ圧縮機４８との間に接続される。ＥＡ冷却システム６２は、抽気を冷却した後でこれをＡＳＵ３２に供給する。更に、一部の実施形態では、ＥＡ冷却システム６２が、有機ランキンサイクルシステム６４に接続されており、抽気から熱を伝達してエネルギーを生成する。有機ランキンサイクルシステム６４は、図２及び５に関して以下に説明するように、ＥＡ冷却システム６２からの低品位熱を使用して、タービン発電機を動作させる。ＥＡ冷却システム６２から抽出された冷却空気は、導管６６を通ってＡＳＵ３２に至る。
ＩＧＣＣシステム１０は更に、蒸気タービンエンジン６８及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム７０を含み得る。蒸気タービンエンジン６８は、発電を行う発電機等の第２負荷７２を駆動させる。しかし、第１及び第２負荷５６及び７２はいずれも、ガスタービンエンジン４４と蒸気タービンエンジン６８により駆動可能な、他の種類の負荷であってもよい。更に、ガスタービンエンジン４４と蒸気タービンエンジン６８は、一部の実施形態では、別々の負荷５６及び７２を駆動させるが、ガスタービンエンジン４４と蒸気タービンエンジン６８を使用して、単一のシャフトを介して単一の負荷を連動して駆動させることもできる。ガスタービンエンジン４４の場合と同様に、蒸気タービンエンジン６８の個々の構成は、個々の実装に応じて、いかなる任意のセクションの組み合わせを含むものであってもよい。
ガスタービンエンジン４４からの加熱された排ガスは、ＨＲＳＧ７０に送られ、これを用いて水を加熱し、蒸気タービンエンジンを７０に動力を供給する蒸気を生成する。蒸気タービンエンジン６８からの排気は、コンデンサ７４に送られる。コンデンサ７４は、冷却塔７６を用いて、蒸気タービン排気からの蒸気を完全に凝縮する。具体的には、冷却塔７６は、コンデンサ７４に冷却水を供給し、蒸気タービンエンジン６８からコンデンサ７４に送られる蒸気の凝縮を助ける。コンデンサ７４からのコンデンセートはその後、ＨＲＳＧ７０に送られる。更に、ガスタービンエンジン４４からの排気は再び、ＨＲＳＧ７０に送られ、コンデンサ７４からの水を加熱して蒸気を生成する。このように、ＩＧＣＣシステム１０等の複合サイクルシステムでは、高温の排気がガスタービンエンジン４４からＨＲＳＧ７０に流れ、高圧で高温の蒸気の生成に用いられる。ＨＲＳＧ７０によって生成された蒸気はその後、蒸気タービンエンジン６８を通り、発電が行われる。
図２は、図１のＩＧＣＣシステム１０等の任意のガス化システムで使用可能な、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システム９０の一実施形態の処理フロー図である。ＯＲＣシステム９０は、（例えば、加熱されたボイラ給水、高温の生のシンガス等の）加熱された流体９４から熱を伝達し、（例えば、冷却されたボイラ給水、冷却された生のシンガス等の）冷却された流体９６を送り返す、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）９２を含む。図示のように、ＯＲＣ９２は、蒸発器９８、ターボ発電機１００、コンデンサ１０２、及びポンプ１０４を含む。加熱された流体９４は、入口管１０６から流入して蒸発器９８を通って熱交換器１０８を流れ、出口管１１０を出る。蒸発器９８では、熱が加熱された流体９４から蒸発器９８の液体冷媒１１２に伝達される。こうして、冷却された流体９６は、管１１０を通って蒸発器９８を出る。加熱された流体９４が蒸発器９８に流入する際は、例えば約７０oＣ〜１７５oＣ、１００oＣ〜１５０oＣ、又は１２５oＣ〜３００oＣであり、冷却された流体９６が蒸発器９８を出る際は、例えば約５０oＣ〜１００oＣ、６５oＣ〜８５oＣ、又は７０oＣ〜７５oＣである。
液体冷媒１１２はとりわけ、例えばＲ−１３４、ペンタン、アンモニア、ｉ−ペンタン、ブタン、イソブタン等の、任意の適切な冷媒であってもよい。例えば、一部の実施形態では、イソブテンは膨張プロセスの間、乾燥を保ち、エキスパンダの摩耗を抑制することから、イソブテンを使用する。また、イソブテンは、非腐食性であり、その潤滑剤として機能し得る。液体冷媒１１２は、熱交換器１０８の加熱された流体９４上を通ると、気化する。例えば、液体冷媒１１２は、約７０oＣ〜８５oＣで気化する。一部の実施形態では、液体冷媒１１２は、約１００oＣ〜３００oＣまで加熱される。蒸発器９８は、液体冷媒１１２から冷媒蒸気を分離して、蒸発器９８の上部付近の蒸気セクション１１４に流入させる。冷媒蒸気は、蒸発器９８から管１１６を通ってターボ発電機１００に流入する。冷媒蒸気は、ターボ発電機１００に流入すると、約１０バールに加圧される。一部の実施形態では、この冷媒蒸気圧が、約７バール〜１２０バールの圧力範囲内である。一部の実施形態では、ターボ発電機１００が、タービン１１８及び発電機１２０を含む。タービン１１８は、冷媒蒸気によって駆動され、更には、発電機１２０を駆動させて発電を行う。
更に、冷媒蒸気の流れの一部分が、ターボ発電機１００から管１２２を通ってコンデンサ１０２に至る。コンデンサ１０２は、冷却媒体を使用して冷媒蒸気を凝縮させることにより、この冷却媒体を概ね液体冷媒１１２に変化させ、この液体冷媒１１２がコンデンサ１０２から出る。液体冷媒１１２は、コンデンサ１０２を出る際、約０．１バールで加圧されている。一部の実施形態では、液体冷媒１１２がコンデンサ１０２を出る際の圧力範囲が、約０．０７〜１７．０バールである。液体冷媒１１２は、コンデンサ１０２からのホース又は導管１２４を通ってポンプ１０４に至る。ポンプ１０４は、ＯＲＣ９２を通して液体冷媒１１２を圧送することにより、液体冷媒１１２の圧力を増大させる。液体冷媒１１２は、ポンプ１０４からホース又は導管１２６を通って蒸発器９８に戻り、このサイクルが繰り返される。一部の実施形態では、レキュペレータ１２８を使用して、液体冷媒１１２を加熱した後に、これを蒸発器９８に送る。レキュペレータ１２８で使用する熱は、液体冷媒１１２の加熱に使用可能な、いかなるソースからのものでもよい。例えば、復熱装置１２８では、ガス化システム又はその他何らかのシステムからの熱を使用して、液体冷媒１１２を加熱する。更に、一部の実施形態では、エキスパンダ１３０を、蒸発器９８とターボ発電機１００の間で使用する。エキスパンダ１３０は、蒸発器９８からの冷媒蒸気を膨張させて、蒸気圧を低下させる。
図３、４、及び５は、（例えば、図１のＯＲＣ２２、３０、６４のような）図２のＯＲＣ９２で使用する加熱された流体９４の生成に使用可能なＩＧＣＣシステム１０の、３つの例示的な部品を示している。例えば、図３は、図２の有機ランキンサイクルシステム９０（即ち、図１のＯＲＣ２２）に適用可能な、図１のＬＴＧＣユニット２０の一実施形態の処理フロー図である。図示のように、一部の実施形態では、ＬＴＧＣユニット２０が、３つの熱交換器１５０、１５２、１５４を含む。３つの熱交換器１５０、１５２、１５４は、（例えば、図１のガス化装置１６からの）シンガスから水又はスチームコンデンセート等のクーラントへの熱伝達が可能な、任意のタイプの熱交換器である。特に、ＬＴＧＣユニット２０は、図１のガス化装置１６からの高温の生のシンガス１５６を受け取るように構成された、第１熱交換器１５０（例えば、低−低気圧（ＬＬＰ）蒸気発生器）を含み、ボイラ給水１５８で高温の生のシンガス１５６を冷却する。具体的には、高温の生のシンガス１５６からの熱がボイラ給水１５８に伝達され、ＬＬＰ蒸気１６０（例えば、約１．３８〜約２．７６バールの圧力範囲の蒸気）が生成される。
例えば、一部の実施形態では、高温の生のシンガス１５６が、約１５７oＣで第１熱交換器１５０に流入し、ボイラ給水１５８は、約３５oＣで第１熱交換器１５０に流入する。但し、他の実施形態では、高温の生のシンガス１５６は、約１２０oＣ〜約２０５oＣの温度範囲で第１熱交換器１５０に流入する。具体的には、一部の実施形態では、高温の生のシンガス１５６が、例えば約１４４oＣ、１４６oＣ、１４９oＣ、１５２oＣ、１５４oＣ、１５７oＣ、１６０oＣ、１６３oＣ、１６６oＣ、１６８oＣ、１７２oＣの温度で、第１熱交換器１５０に流入する。また、ボイラ給水１５８は、例えば約２１oＣ〜約１４４oＣの温度範囲で第１熱交換器１５０に流入する。具体的には、一部の実施形態では、ボイラ給水１５８は、例えば約２７oＣ、２９oＣ、３２oＣ、３５oＣ、３８oＣ、４１oＣ、４４oＣの温度で、第１熱交換器１５０に流入する。
一部の実施形態においては、生成されたＬＬＰの蒸気１６０が、約１２１oＣの温度で第１熱交換器１５０を出て、生のシンガス１５６が、約１２４oＣの温度で第１熱交換器１５０を出る。しかし、他の実施形態では、生成されたＬＬＰ蒸気１６０が、約９４oＣ〜約１４９oＣの温度範囲で第１熱交換器１５０を出る。具体的には、一部の実施形態では、生成されたＬＬＰ蒸気１６０が、例えば約１０７oＣ、１１０oＣ、１１３oＣ、１１６oＣ、１１８oＣ、１２１oＣ、１２４oＣ、１２７oＣ、１２９oＣ、１３２oＣ、１３５oＣの温度で第１熱交換器１５０を出る。また、生のシンガス１５６は、約９４oＣ〜約１４９oＣの温度範囲で第１熱交換器１５０を出る。具体的には、一部の実施形態では、生のシンガス１５６は、例えば約１１０oＣ、１１３oＣ、１１６oＣ、１１８oＣ、１２１oＣ、１２４oＣ、１２７oＣ、１３０oＣ、１３２oＣ、１３５oＣ、１３８oＣの温度で第１熱交換器１５０を出る。更に、一部の実施形態では、生成されたＬＬＰ蒸気１６０が、約２．０７バールで第１熱交換器１５０を出るが、他の実施形態では、約１．３８バール〜約２．７６バールの範囲で第１熱交換器１５０を出る。生成されたＬＬＰ蒸気１６０は、ＩＧＣＣシステム１０を通じて、様々な用途に使用可能である。
図３に示すように、ＬＴＧＣ部２０は更に、第１熱交換器１５０から生のシンガス１５６を受け取って、生のシンガス１５６をスチームコンデンセート１６２で冷却するように構成された、第２熱交換器１５２を含む。具体的には、生のシンガス１５６からの熱がスチームコンデンセート１６２に伝達され、加熱されたスチームコンデンセート１６４が生成される。例えば、一部の実施形態では、生のシンガス１５６が、約１２４oＣの温度で第２熱交換器１５２に流入し、スチームコンデンセート１６２が、約３８oＣの温度で第２熱交換器１５２に流入する。但し、他の実施形態では、生のシンガス１５６は、約９４oＣ〜約１４９oＣの温度範囲で第２熱交換器１５２に流入する。具体的には、一部の実施形態では、生のシンガス１５６は、例えば約１１０oＣ、１１３oＣ、１１６oＣ、１１８oＣ、１２１oＣ、１２４oＣ、１２７oＣ、１２９oＣ、１３２oＣ、１３５oＣ、１３８oＣの温度で、第２熱交換器１５２に流入する。更に、スチームコンデンセート１６２は、約１０oＣ〜約６６oＣの温度範囲で、第２熱交換器１５２に流入する。具体的には、一部の実施形態では、スチームコンデンセート１６２は、例えば約２９oＣ、３２oＣ、３５oＣ、３８oＣ、４１oＣ、４３oＣ、４６oＣの温度で、第２熱交換器１５２に流入する。
一部の実施形態においては、加熱スチームコンデンセート１６４が、約９３oＣの温度で第２熱交換器１５２を出て、生のシンガス１５６が、約８９oＣの温度で第２熱交換器１５２を出る。但し、他の実施形態では、加熱されたスチームコンデンセート１６４が、約７５oＣ〜約１２１oＣの温度範囲で第２熱交換器１５２を出る。具体的には、一部の実施形態では、加熱されたスチームコンデンセート１６４が、例えば約７９oＣ、８２oＣ、８５oＣ、８８oＣ、９１oＣ、９３oＣ、９６oＣ、９９oＣ、１０２oＣ、１０４oＣ、１０７oＣの温度で第２熱交換器１５２を出る。更に、生のシンガス１５６は、約７２oＣ〜約９５oＣまでの温度範囲で第２熱交換器１５２を出る。具体的には、一部の実施形態では、生のシンガス１５６が、例えば約７５oＣ、７８oＣ、８１oＣ、８４oＣ、８６oＣ、８９oＣ、９２oＣの温度で第２熱交換器１５２を出る。
図３に示すように、ＬＴＧＣユニット２０は、第２熱交換器１５２から生のシンガスの１５６を受け取るように構成された第３熱交換器１５４を含み、図１のＯＲＣ２２からの生のシンガス１５６を、冷却されたボイラ給水１６６で冷却する。具体的には、生のシンガス１５６からの熱が、冷却されたボイラ給水１６６に伝達されて、加熱されたボイラ給水１６８を生成し、これが図１のＯＲＣ２２に送り返される。図１のＯＲＣ２２は、図２のＯＲＣ９２と同様に機能する。具体的には、ＬＴＧＣユニット２０の第３熱交換器１５４からの加熱されたボイラ給水１６８が、図２のＯＲＣ９２に流入する加熱された流体９４と同等であり、ＬＴＧＣユニット２０の第３熱交換器１５４に流入する冷却されたボイラ給水１６６は、図２のＯＲＣ９２からの冷却された流体９６と同等である。第３熱交換器１５４からの冷却された生のシンガス１７０は、図１のガス浄化ユニット２４に送られる。
例えば、一部の実施形態では、生のシンガス１５６が、約８９oＣの温度で第３熱交換器１５４に流入し、約６０oＣの温度で第３熱交換器１５４を出る。但し、他の実施形態では、生のシンガス１５６は、約７２oＣ〜約９５oＣの温度範囲で第３熱交換器１５４に流入する。具体的には、一部の実施形態では、生のシンガス１５６が、例えば約７５oＣ、７８oＣ、８１oＣ、８４oＣ、８６oＣ、８９oＣ、９２oＣの温度で第３熱交換器１５４に流入する。更に、冷却された生のシンガス１７０が、約５０oＣ〜約７５oＣの温度範囲で第３熱交換器１５４を出る。具体的には、一部の実施形態では、冷却された生のシンガス１７０が、例えば約５５oＣ、５８oＣ、６１oＣ、６４oＣ、６６oＣ、６９oＣ、７２oＣの温度で第３熱交換器１５４を出る。言い換えると、ＬＴＧＣユニット２０に流入する高温の生のシンガス１５６のかなりの熱エネルギーが、ＬＬＰ蒸気１６０と、第１熱交換器１５０及び第２熱交換器１５２の加熱されたスチームコンデンセート１６４に伝達されるので、生のシンガス１５６から冷却されたボイラ給水１６６に放散する熱の量は、比較的少量になる。
一部の実施形態においては、冷却されたボイラ給水１６６が、約５０oＣ〜約１００oＣ、約６５oＣ〜約８５oＣ、又は約約７０oＣ〜７５oＣの温度範囲で、第３熱交換器１５４に流入する。具体的には、一部の実施形態では、冷却されたボイラ給水１６６が、例えば約６２oＣ、６５oＣ、６９oＣ、７１oＣ、７４oＣ、７７oＣ、８０oＣの温度で、第３熱交換器１５４に流入する。更に、加熱されたボイラ給水１６８が、約８０oＣの温度で第３熱交換器１５４を出る。但し、他の実施形態では、加熱されたボイラ給水１６８が、約７０oＣ〜約１００oＣの温度範囲で第３熱交換器１５４を出る。具体的には、一部の実施形態では、加熱されたボイラ給水１６８が、例えば約７２oＣ、７５oＣ、７８oＣ、８０oＣ、８３oＣ、８６oＣ、８９oＣ、９２oＣ、９５oＣ、９８oＣの温度で、第３熱交換器１５４を出る。
明らかなように、一部の実施形態では、高温の生のシンガス１５６が、第１及び第２熱交換器１５０及び１５２のいずれかの前に、第３熱交換器１５４を通る。更に、幾つかの実施形態では、高温の生のシンガス１５６だけが、第３熱交換器１５４を通る。
図４は、図２の有機ランキンサイクルシステム９０（即ち、図１のＯＲＣ３０）に適用可能な、図１の硫黄回収ユニット２８の一実施形態の処理フロー図である。図示のように、一部の実施形態では、硫黄回収ユニット２８が、サーマルリアクタ１９０、サーマルコンデンサ１９２、中間触媒ステージ１９４、及び最終触媒ステージ１９６を含む。最終触媒のステージ１９６では、ボイラ給水との熱交換を行ってボイラ給水を加熱し、これを図１のＯＲＣ３０等のＯＲＣ９２で使用する。
図１のガス浄化部２４からの酸性ガス１９８と、図１のＡＳＵ３２からの酸化剤２００をサーマルリアクタ１９０内で結合して、硫黄を抽出する。酸性ガス１９８はその後、サーマルコンデンサ１９２に流入する。酸性ガス１９８は、サーマルコンデンサ１９２に流入する際、約１１７５oＣの温度である。一部の実施形態では、酸性ガス１９８がサーマルコンデンサ１９２に流入する温度範囲が、約９８０oＣ〜約１３７０oＣ、約１１００oＣ〜約１２５０oＣ、又は約１２２０oＣ〜約１３００oＣである。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１０１０oＣ、１０６５oＣ、１０９０oＣ、１１０５oＣ、１１３０oＣ、１１７５oＣ、１２５０oＣの温度でサーマルコンデンサ１９２に流入する。ボイラ給水２０２がサーマルコンデンサ１９２を通って酸性ガス１９８を冷却することにより、ボイラ給水２０２が加熱されて蒸気２０４が生成される。
酸性ガス１９８がサーマルコンデンサ１９２を出ると、酸性ガス１９８から硫黄２０６が分離する。酸性ガス１９８がサーマルコンデンサ１９２を出る際、酸性ガス１９８の温度は、例えば約１７５oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８は、約１５０oＣ〜約２００oＣ、約１６５oＣ〜約１９５oＣ、又は約１７５oＣ〜約１８５oＣの温度範囲で、サーマルコンデンサ１９２を出る。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１６５oＣ、１６８oＣ、１７１oＣ、１７３oＣ、１７６oＣ、１７９oＣ、１８１oＣの温度で、サーマルコンデンサ１９２を出る。一部の実施形態では、サーマルコンデンサ１９２は、２つのステージを有する。第１ステージでは、コンデンサ１９２の一端に廃熱ボイラを含み、蒸気の圧力を高め、第２ステージでは、熱交換器を含み、低品位の蒸気と凝縮硫黄を生成する。
酸性ガス１９８が、中間触媒ステージ１９４からサーマルコンデンサ１９２へと流れる。図示している中間触媒ステージ１９４は１つだけであるが、２つ又は３つの中間触媒ステージ１９４等、２つ以上の触媒ステージを含めることができる。図示のように、中間の触媒ステージ１９４は、再熱器２０８、触媒リアクタ２１０、及び熱交換器２１２を含む。酸性ガス１９８は、再熱器２０８に流入する際、例えば約１７５oＣの温度である。一部の実施形態では、酸性ガス１９８は、約１５０oＣ〜約２００oＣ、約１６５oＣ〜約１９５oＣ、又は約１７５oＣ〜約１８５oＣの温度範囲で、再熱器２０８に流入する。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１６５oＣ、１６８oＣ、１７１oＣ、１７３oＣ、１７６oＣ、１７９oＣ、１８１oＣの温度で、再熱器２０８に流入する。蒸気２１４が酸性ガス１９８を加熱する再熱器２０８を通ることにより、蒸気２１４が冷却され、凝縮ボイラ給水２１６が生成される。
酸性ガス１９８は、再熱器２０８を出ると触媒リアクタ２１０へと流れる。酸性ガス１９８が再熱器２０８を出て触媒リアクタ２１０に流入する際の温度は、例えば２３２oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８は、約２００oＣ〜約２５０oＣ、約２１５oＣ〜約２４５oＣ、又は約２２５oＣ〜約２３５oＣの温度範囲で、再熱器２０８を出る。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約２１５oＣ、２１８oＣ、２２１oＣ、２２３oＣ、２２６oＣ、２２９oＣ、２３１oＣの温度で、再熱器２０８を出る。
触媒リアクタ２１０は、酸性ガス１９８から硫黄を抽出し易くするために、酸性ガス１９８に化学反応を生じさせる。酸性ガス１９８は、触媒リアクタ２１０を出ると、熱交換器２１２に流入する。酸性ガス１９８が触媒リアクタ２１０を出て熱交換器２１２に流入する際、酸性ガス１９８の温度は、例えば約２７０oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８が触媒リアクタ２１０を出る際の温度範囲は、約２５０oＣ〜約３００oＣ、約２６０oＣ〜約２８５oＣ、又は約２６５oＣ〜約２７５oＣである。具体的には、一部の実施形態において、酸性ガス１９８が触媒リアクタ２１０を出る際の温度範囲は、約２６５oＣ、２６８oＣ、２７１oＣ、２７３oＣ、２７６oＣ、２７９oＣ、２８１oＣの温度である。
ボイラ給水２１８が熱交換器２１２を通って酸性ガス１９８を冷却することにより、ボイラ給水２１８が加熱されて蒸気２２０が生成される。酸性ガス１９８が熱交換器２１２を出ると、酸性ガス１９８から硫黄２２２が分離される。酸性ガス１９８はその後、最後の触媒ステージ１９６に流入する。酸性ガス１９８は、約１７５oＣの温度で熱交換器２１２を出て、最後の触媒ステージ１９６に流入する。一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、約１５０oＣ〜約２００oＣ、約１６５oＣ〜約１９５oＣ、又は約１７５oＣ〜約１８５oＣの温度範囲で熱交換器２１２を出る。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、約１６５oＣ、１６８oＣ、１７１oＣ、１７３oＣ、１７６oＣ、１７９oＣ、１８１oＣの温度で、熱交換器２１２を出る。
図示のように、最後の触媒ステージ１９６は、最後の再熱器２２４、最後の触媒リアクタ２２６、及び最後の熱交換器２２８を含む。酸性ガス１９８が最後の加熱器２２４に流入する際の酸性ガス１９８の温度は、例えば約１７５oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、約１５０oＣ〜約２００oＣ、約１６５oＣ〜約１９５oＣ、又は約１７５oＣ〜約１８５oＣの温度範囲で、最後の再加熱器２２４に流入する。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１６５oＣ、１６８oＣ、１７１oＣ、１７３oＣ、１７６oＣ、１７９oＣ、１８１oＣの温度で、最後の加熱器２２４に流入する。酸性ガス１９８を加熱する最後の再熱器２２４を蒸気２３０が流れることにより、蒸気２３０が冷却され、凝縮ボイラ給水２３２が生成される。
酸性ガス１９８は、最後の再熱器２２４を出ると、最後の触媒リアクタ２２６へと流れる。酸性ガス１９８が最後の再熱器２２４を出て最後の触媒リアクタ２２６に流入する際の温度は、例えば約２１０oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８は、約１７８oＣ〜約２２８oＣ、約１９３oＣ〜約２２３oＣ、又は約２０３oＣ〜約２１３oＣの温度範囲で、最後の再加熱器２２４を出る。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１９３oＣ、１９６oＣ、１９９oＣ、２０１oＣ、２０４oＣ、２０７oＣ、２０９oＣの温度で、最後の加熱器２２４を出る。
最後の触媒リアクタ２２６は、酸性ガス１９８から硫黄を抽出し易くするために、酸性ガス１９８に化学反応を生じさせる。酸性ガス１９８は、最後の触媒リアクタ２２６を出ると、最後の熱交換器２２８に流入する。酸性ガス１９８が最後の触媒リアクタ２２６を出て最後の熱交換器２２８に流入する際の温度は、例えば約２１５oＣである。一部の実施形態では、酸性ガス１９８は、約１８３oＣ〜約２３３oＣ、約１９８oＣ〜約２２８oＣ、又は約２０８oＣ〜約２１８oＣの温度範囲で、最後の触媒リアクタ２２６を出る。具体的には、一部の実施形態では、酸性ガス１９８が、例えば約１９０oＣ、１９３oＣ、１９６oＣ、１９８oＣ、２０１oＣ、２０４oＣ、２０６oＣの温度で、最後の触媒リアクタ２２６を出る。
冷却されたボイラ給水２３４がＯＲＣ９２（即ち、図１のＯＲＣ３０）から最後の熱交換器２２８を通って酸性ガス１９８を冷却することにより、ボイラ給水２３４が加熱され、ＯＲＣ９２に送り返す加熱されたボイラ給水２３６が生成される。最後の熱交換器２２８は、ＯＲＣ９２の冷媒２３４を沸騰させるに十分な、低品位の熱をボイラ給水に供給する。酸性ガス１９８が最後の熱交換器２２８を出ると、酸性ガス１９８から硫黄２３８が分離する。最後の熱交換器２２８からの冷却酸性ガス２４０は、図１のガス浄化ユニット２４へと送り返される。冷却酸性ガス２４０が最後の熱交換器２２８を出る際、冷却酸性ガス２４０の温度は、例えば約１２４oＣである。一部の実施形態では、冷却酸性ガス２４０が、約１１４oＣ〜約１３４oＣ、約１２４oＣ〜約１３０oＣ、又は約１２６oＣ〜約１２８oＣの温度範囲で、最後の熱交換器２２８を出る。具体的には、一部の実施形態では、冷却酸性ガス２４０が、例えば約１１４oＣ、１１７oＣ、１２０oＣ、１２３oＣ、１２６oＣ、１２９oＣ、１３１oＣの温度で、最後の熱交換器２２８を出る。
また、冷却されたボイラ給水２３４が最後の熱交換器２２８に流入する際、冷却されたボイラ給水２３４の温度は、例えば約８２oＣである。一部の実施形態では、冷却されたボイラ給水２３４は、約６２oＣ〜約１０２oＣ、約８０oＣ〜約９５oＣ、又は約８５oＣ〜約９０oＣの温度範囲で、最後の熱交換器２２８に流入する。具体的には、一部の実施形態では、冷却されたボイラ給水２３４が、例えば約８１oＣ、８４oＣ、８７oＣ、８９oＣ、９２oＣ、９５oＣ、９８oＣの温度で、最後の熱交換器２２８に流入する。加えて、加熱されたボイラ給水２３６が最後の熱交換器２２８を出る際、加熱されたボイラ給水２３６の温度は、例えば約１２４oＣである。一部の実施形態では、加熱されたボイラ給水２３６は、約１１０oＣ〜約１３５oＣ、約１１５oＣ〜約１３０oＣ、又は約１１８oＣ〜約１２３oＣの温度範囲で、最後の熱交換器２２８を出る。具体的には、一部の実施形態では、加熱されたボイラ給水２３６は、約１１１oＣ、１１４oＣ、１１７oＣ、１１９oＣ、１２２oＣ、１２５oＣ、１２８oＣの温度で、最後の熱交換器２２８を出る。
図１のＯＲＣ３０は、図２のＯＲＣ９２と同様に機能する。具体的には、硫黄回収ユニット２８の最後の熱交換器２２８からの加熱されたボイラ給水２３６は、図２のＯＲＣ９２に流入する加熱された流体９４と同等である。硫黄回収ユニット２８の最後の熱交換器２２８に流入する冷却されたボイラ給水２３４は、図２のＯＲＣ９２からの冷却された流体９６と同等である。明らかなように、一部の実施形態では、冷却されたボイラ給水２３４は、熱交換器１９２、２１２、２２８のいずれかを通って、加熱されたボイラ給水２３６を生成する。
図５は、図２の有機ランキンサイクルシステム９０（即ち、図１のＯＲＣ６４）に適用可能な、図１の抽気（ＥＡ）冷却システム６２の一実施形態の処理フロー図である。図示のように、一部の実施形態では、ＥＡ冷却システム６２は、３つの熱交換器２６０、２６２、２６４を含む。３つの熱交換器２６０、２６２、２６４は、水又はスチームコンデンセート等のクーラントにガスタービン抽気からの熱を伝達可能な、任意のタイプの熱交換器である。特に、ＥＡ冷却システム６２は、図１の燃焼器４２からガスタービン抽気２６６を受け取り、図１のＡＳＵ３２からの窒素（Ｎ2）２６８を用いてこのガスタービン抽気２６６を冷却するように構成された、（例えば、Ｎ2を加熱する）第１熱交換器２６０を含む。具体的には、ガスタービン抽気２６６からの熱は、窒素２６８に伝達され、加熱された窒素２７０が生成される。
例えば、一部の実施形態では、ガスタービン抽気空気２６６が、約４００oＣの温度で第１熱交換器２６０に流入し、窒素２６８が、約３０oＣ〜約１２０oＣの温度で第１熱交換器２６０に流入する。しかし、他の実施形態では、ガスタービン抽気空気２６６は、約３７０oＣ〜約４２５oＣの温度範囲で第１熱交換器２６０に流入する。具体的には、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６は、例えば約３７８oＣ、３８１oＣ、３８４oＣ、３８６oＣ、３８９oＣ、３９２oＣ、３９５oＣ、３９８oＣ、４００oＣ、４０３oＣ、４０６oＣの温度で第１熱交換器２６０に流入する。更に、窒素２６８は、約２０oＣ〜約１２０oＣの温度範囲で第１熱交換器２６０に流入する。具体的には、一部の実施形態では、窒素２６８が、例えば約３０oＣ、４５oＣ、６０oＣ、７５oＣ、９０oＣ、１０５oＣ、１２０oＣの温度で第１熱交換器２６０に流入する。
一部の実施形態では、加熱された窒素２７０が、約１００oＣの温度で第１熱交換器２６０を出て、ガスタービン抽気空気２６６が、約１６５oＣの温度で第１熱交換器２６０を出る。しかし、他の実施形態では、加熱された窒素２７０が、約８０oＣ〜約１２０oＣの温度範囲で第１熱交換器２６０を出る。具体的には、一部の実施形態では、加熱された窒素２７０が、例えば約８７oＣ、９０oＣ、９３oＣ、９６oＣ、９８oＣ、１０１oＣ、１０４oＣ、１０７oＣ、１０９oＣ、１１２oＣ、１１５oＣの温度で第１熱交換器２６０を出る。更に、ガスタービン抽気空気２６６が、約１５０oＣ〜約１７５oＣの温度範囲で第１熱交換器２６０を出る。具体的には、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が、例えば約１５０oＣ、１５３oＣ、１５６oＣ、１５８oＣ、１６１oＣ、１６４oＣ、１６７oＣ、１７０oＣ、１７２oＣ、１７５oＣの温度で第１熱交換器２６０を出る。
図５に示すように、ＥＡ冷却システム６２は更に、第１熱交換器２６０からガスタービン抽気２６６を受け取って、このガスタービン抽気２６６を冷却されたボイラ給水２７２で冷却するように構成された、第２熱交換器２６２を含む。具体的には、ガスタービン抽気２６６からの熱が冷却されたボイラ給水２７２に伝達され、加熱されたボイラ給水２７４が生成され、これが図１のＯＲＣ６４に送り返される。例えば、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が約１６５oＣの温度で第２熱交換器２６２に流入し、冷却されたボイラ給水２７２が約８７oＣの温度で第２熱交換器２６２に流入する。しかし、他の実施形態では、ガスタービン抽気空気２６６は、約１５０oＣ〜約１７５oＣの温度範囲で第２熱交換器２６２に流入する。具体的には、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が、例えば約１５０oＣ、１５３oＣ、１５６oＣ、１５８oＣ、１６１oＣ、１６４oＣ、１６７oＣ、１７０oＣ、１７２oＣ、１７５oＣの温度で第２熱交換器２６２に流入する。更に、冷却されたボイラ給水２７２が、約６６oＣ〜約９５oＣの温度範囲で第２熱交換器２６２に流入する。具体的には、一部の実施形態では、冷却されたボイラ給水２７２が、例えば約７５oＣ、７８oＣ、８１oＣ、８４oＣ、８６oＣ、８９oＣ、９２oＣの温度で第２熱交換器２６２に流入する。
一部の実施形態では、加熱されたボイラ給水２７４が、約１３５oＣの温度で第２熱交換器２６２を出て、ガスタービン抽気２６６が、約９４oＣの温度で第２熱交換器２６２を出る。しかし、他の実施形態では、加熱されたボイラ給水２７４が、約１２２oＣ〜約１５０oＣの温度範囲で第２熱交換器２６２を出る。具体的には、一部の実施形態では、加熱されたボイラ給水２７４が、例えば約１２９oＣ、１３２oＣ、１３５oＣ、１３８oＣ、１４１oＣ、１４３oＣ、１４６oＣ、１４９oＣ、１５２oＣ 、１５４oＣ、１５７oＣの温度で第２熱交換器２６２を出る。更に、ガスタービン抽気空気２６６は、約８０oＣ〜約１１０oＣの温度範囲で第２熱交換器２６２を出る。具体的には、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が、例えば約８５oＣ、８８oＣ、９１oＣ、９４oＣ、９６oＣ、９９oＣ、１０２oＣの温度で第２熱交換器２６２を出る。
図１のＯＲＣ６４は、図２のＯＲＣ９２と同様に機能する。具体的には、ＥＡ冷却システム６２の第２熱交換器２６２からの加熱されたボイラ給水２７４は、図２のＯＲＣ９２に流入する加熱された流体９４と同等である。ＥＡ冷却システム６２の第２熱交換器２６２に流入する冷却されたボイラ給水２７２は、図２のＯＲＣ９２からの冷却された流体９６と同等である。
図５に示すように、ＥＡ冷却システム６２は、第２熱交換器２６２からガスタービン抽気空気２６６を受け取って、図１の冷却塔７６等からの冷却水２７６を用いてガスタービン抽気２６６を冷却するように構成された、第３熱交換器２６４を含む。具体的には、ガスタービン抽気２６６からの熱を冷却水２７６に伝達して、熱水２７８を生成する。第３熱交換器２６４からの冷却ガスタービン抽気２８０は、図１のＡＳＵ３２に送られる。
例えば、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が、約９４oＣの温度で第３熱交換器２６４に流入し、約３２oＣの温度で第３熱交換器２６４を出る。しかし、他の実施形態では、ガスタービン抽気２６６は、約８０oＣ〜約１１０oＣの温度範囲で第３熱交換器２６４に流入する。具体的には、一部の実施形態では、ガスタービン抽気２６６が、例えば約８５oＣ、８８oＣ、９１oＣ、９４oＣ、９６oＣ、９９oＣ、１０２oＣの温度で第３熱交換器２６４に流入する。更に、冷却ガスタービン抽気２８０は、約１５oＣ〜約５０oＣの温度範囲で第３熱交換器２６４を出る。具体的には、一部の実施形態では、冷却ガスタービン抽気２８０は、例えば約２５oＣ、２８oＣ、３１oＣ、３４oＣ、３６oＣ、３９oＣ、４２oＣの温度で第３熱交換器２６４を出る。
一部の実施形態においては、冷却水２７６が、約１０oＣ〜約６０oＣ、約１５oＣ〜約４５oＣ、又は約３０oＣ〜約５５oＣの温度範囲で第３熱交換器２６４に流入する。具体的には、一部の実施形態では、冷却水２７６が、例えば約２２oＣ、２５oＣ、２９oＣ、３１oＣ、３４oＣ、３７oＣ、４０oＣの温度で第３熱交換器２６４に流入する。更に、熱水２７８は、約７０oＣの温度で第３熱交換器２６４を出る。しかし、他の実施形態では、熱水２７８が、約６０oＣ〜約９０oＣの温度範囲で第３熱交換器２６４を出る。具体的には、一部の実施形態では、熱水２７８が、例えば約６２oＣ、６５oＣ、６８oＣ、７０oＣ、７３oＣ、７６oＣ、７９oＣ、８２oＣ、８５oＣ、８８oＣの温度で第３熱交換器２６４を出る。
明らかなように、一部の実施形態では、第１熱交換器２６０の前又は第３熱交換器２６４の後に、抽気２６６が熱交換器２６２を通る。更に、幾つかの実施形態において、第２熱交換器２６２を流れるのは、抽気２６６のみである。
図６は、ガス化システム３００の一実施形態の処理フロー図である。ここでは、このシステムによって生成された熱を有機ランキンサイクルシステムで利用する。石炭、石油コークス、バイオマス、木材ベースの材料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス、アスファルト、製油所からの重質残渣、又はその他の炭素含有物を含む燃料３０２が、ガス化装置３０４に供給される。ガス化装置３０４は、図１に関連して上述したガス化装置１６とほぼ同様に動作する。このように、ガス化装置３０４は、燃料３０２を高温の生のシンガス３０６に変換できる。高温の生のシンガス３０６は、（燃料３０２の硫黄含有量に基づいて）約８５％の一酸化炭素と水素の他に、ＣＯ2、ＣＨ4、塩酸、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ、及びＨ2Ｓを含み得る。ガス化装置３０４からの高温の生のシンガス３０６は次に、図２に記載の有機ランキンサイクルシステム９０に送られる。一部の実施形態では、膨張装置３０８を用いて高温の生のシンガス３０６を減圧してから、高温の生のシンガス３０６を有機ランキンサイクルシステム９０で使用する。有機ランキンサイクルシステム９０は、高温の生のシンガス３０６から熱を抽出して、エネルギーを生成する。高温の生のシンガス３０６から熱が抽出されると、結果的に低温の生のシンガス３１０が得られる。低温の生のシンガス３１０は、ガス化システム３００で使用されるか、又は、使用予定の別のシステムに送達される。一部の実施形態では、クリーンな可燃燃料３０２から生成される低温の生のシンガス３１０はクリーンなシンガスなので、浄化不要である。他の実施形態では、冷却された生のシンガス３１０を浄化して、不純物を除去する。明らかなように、有機ランキンサイクルシステム９０に直接、高温の生のシンガス３０６を使用することにより、高温の生のシンガス３０６で効率的に熱エネルギーを伝達させ、発電できる。
ここで図２に戻って説明すると、有機ランキンサイクルシステム９０で使用する冷媒は、この用途で説明したように、酸性ガス除去ユニットで使用するタイプのものでよい。更に、この用途で説明した有機ランキンサイクルシステム９０（例えば、図１のＯＲＣ２２、３０、６４）を新たなガス化システムに設置したり、有機ランキンサイクルシステム９０を既存のガス化システムに組み込んだりできる。同様に、有機ランキンサイクルシステム９０をガス化システムの特定の部分に使用するものとして記述しているが、有機ランキンサイクルシステム９０は、低品位又はその他のレベルの熱を用いるガス化システムの他の部分にも使用できる。
明らかなように、ガス化システムの一部の実施形態は、１つ、２つ、３つ、又は複数の有機ランキンサイクルシステム（２２、３０、６４）を含む。言い換えると、ガス化システムを使用して加熱された流体を生成し、これを１つ又は複数の有機ランキンサイクルシステム（２２、３０、６４）で使用できる。例えば、一部の実施形態では、高温の生のシンガスからの熱を利用して、ガス冷却システム（例えば、低温ガス冷却システム）、硫黄回収ユニット、抽気冷却システム、又はそれらの任意の組合せで、加熱された流体を生成できる。こうした実施形態では、ガス化システムの１つ、２つ、３つ以上の部分からの加熱された流体を合流させて、一つの有機ランキンサイクルシステム（２２、３０、６４）に流したり、この加熱された流体を複数の有機ランキンサイクルシステム（２２、３０、６４）に流したりできる。同様に、１つ又は複数の有機ランキンサイクルシステム（２２、３０、６４）からガス化システム、ガス冷却システム、硫黄回収ユニット、抽気冷却システム、又はそれらの任意の組合せに、冷却された流体を流すこともできる。
本明細書では、最適な態様を含め、例を用いて本発明を開示し、これによって当業者は、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びにあらゆる付随の方法を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項により定義され、当業者に想到されるその他の例も含む。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的に相違ない同等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることとする。
１０ ＩＧＣＣシステム
１２ 燃料源
１４ 原料調製ユニット
１６ ガス化装置
１８ スラグ
２０ ＬＴＧＣユニット
２２ 有機ランキンサイクルシステム
２４ ガス浄化ユニット
２６ 元素状硫黄
２８ 硫黄回収ユニット
３０ 有機ランキンサイクルシステム
３２ 空気分離ユニット
３８ ガスプロセッサ
４０ 残留ガス成分
４２ 燃焼器
４４ ガスタービンエンジン
４６ メイン空気圧縮機
４８ ＤＧＡＮ圧縮機
５０ タービン
５２ ドライブシャフト
５４ 圧縮機
５６ 負荷
５８ 導管
６０ 導管
６２ 冷却システム
６４ 有機ランキンサイクルシステム
６６ 導管
６８ 蒸気タービンエンジン
７０ ＨＲＳＧシステム
７２ 第２負荷
７４ コンデンサ
７６ 冷却塔
９０ 有機ランキンサイクルシステム
９２ 有機ランキンサイクル
９４ 加熱された流体
９６ 冷却された流体
９８ 蒸発器
１００ ターボ発電機
１０２ コンデンサ
１０４ ポンプ
１０６ 入口管
１０８ 熱交換器
１１０ 出口管
１１２ 液体冷媒
１１４ 蒸気セクション
１１６ 管
１１８ タービン
１２０ 発電機
１２２ 管
１２４ 導管
１２６ 導管
１２８ レキュペレータ
１３０ エキスパンダ
１５０ 熱交換器
１５２ 熱交換器
１５４ 熱交換器
１５６ 高温の生のシンガス
１５８ ボイラ給水
１６０ ＬＬＰ蒸気
１６２ スチームコンデンセート
１６４ 加熱されたスチームコンデンセート
１６６ 冷却されたボイラ給水
１６８ 加熱されたボイラ給水
１７０ 冷却された生のシンガス
１９０ サーマルリアクタ
１９２ サーマルコンデンサ
１９４ 中間の触媒ステージ
１９６ 最後の触媒ステージ
１９８ 酸性ガス
２００ 酸化剤
２０２ ボイラ給水
２０４ 蒸気
２０６ 硫黄
２０８ 再熱器
２１０ 触媒リアクタ
２１２ 熱交換器
２１４ 蒸気
２１６ 凝縮されたボイラ給水
２１８ ボイラ給水
２２０ 蒸気
２２２ 硫黄
２２４ 最後の再熱器
２２６ 最後の触媒リアクタ
２２８ 最後の熱交換器
２３０ 蒸気
２３２ 凝縮後のボイラ給水
２３４ 冷却されたボイラ給水
２３６ 加熱されたボイラ給水
２３８ 硫黄
２４０ 冷却された酸性ガス
２６０ 熱交換器
２６２ 熱交換器
２６４ 熱交換器
２６６ 抽気
２６８ 窒素
２７０ 加熱された窒素
２７２ 冷却されたボイラ給水
２７４ 加熱されたボイラ給水
２７６ 冷水
２７８ 熱水
２８０ タービン抽気
３００ ガス化システム
３０２ 燃料
３０４ ガス化装置
３０６ 高温の生のシンガス
３０８ 膨張装置
３１０ 冷却された生のシンガス

Claims (7)

  1. 燃料を受け取ってシンガスを生成するように構成された、ガス化装置（１６）と、
    前記ガス化装置（１６）に接続され、前記ガス化装置（１６）からのシンガスを冷却するように構成された、ガス冷却システム（２０）と、
    前記ガス冷却システム（２０）に接続され、前記ガス冷却システム（２０）からのシンガスを浄化するように構成された、ガス浄化システム（２４）と、
    前記ガス浄化システム（２４）に接続され、前記ガス浄化システム（２４）からのシンガスを燃焼するように構成された、ガスタービン（４４）と、
    から成る複数の部品、並びに、
    前記複数の部品に接続され、前記複数の部品からの熱を変換して発電するように構成された、有機ランキンサイクルシステム（９０）
    を備え、
    前記有機ランキンサイクルシステム（９０）が、前記複数の部品から加熱されたボイラ給水（１６８、２３６、２７４）を受け取って、冷却されたボイラ給水（１６６、２３４、２７６）を前記複数の部品に送達するように構成され、
    前記有機ランキンサイクルシステム（９０）が、前記加熱されたボイラ給水（１６８、２３６、２７４）の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するように構成され、
    前記ガス冷却システム（２０）が、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）に接続されており、
    前記ガス冷却システム（２０）が、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）から前記冷却されたボイラ給水（１６６）を受け取り、前記加熱されたボイラ給水（１６８）を前記有機ランキンサイクルシステム（９０）に送達するように構成され、
    ガス冷却システム（２０）が、
    前記ガス化装置（１６）からのシンガス（１５６）を用いてボイラ給水（１５８）を加熱し、低−低圧蒸気（１６０）を生成するように構成された、第１熱交換器（１５０）と、
    前記第１熱交換器（１５０）からのシンガスを用いてスチームコンデンセート（１６２）を加熱し、加熱されたスチームコンデンセート（１６４）を生成するように構成された、第２熱交換器（１５２）と、
    前記第２熱交換器（１５２）からのシンガスを用いて前記有機ランキンサイクルシステム（９０）からの前記冷却されたボイラ給水（１６６）を加熱し、前記加熱されたボイラ給水（１６８）を生成するように構成された、第３熱交換器（１５４）と、
    から成る、システム（１０）。
  2. 前記ガス浄化システム（２４）と前記有機ランキンサイクルシステム（９０）とに接続された、硫黄回収ユニット（２８）であって、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）から前記冷却されたボイラ給水（２３４）を受け取り、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）に前記加熱されたボイラ給水（２３６）を送達するように構成された、硫黄回収ユニット（２８）
    を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
  3. 前記硫黄回収ユニット（２８）が、
    前記ガス浄化システム（２４）から受け取った酸性ガス（１９８）を用いて、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）からの前記冷却されたボイラ給水（２３４）を加熱し、前記加熱されたボイラ給水（２３６）を生成するように構成された熱交換器（２２８）を含む、請求項２に記載のシステム（１０）。
  4. 前記ガスタービン（４４）と前記有機ランキンサイクルシステム（９０）とに接続された抽気冷却システム（６２）であって、前記有機ランキンサイクルシステム（９０）からの前記冷却されたボイラ給水（２７２）を受け取り、前記加熱されたボイラ給水（２７４）を前記有機ランキンサイクルシステム（９０）に送達するように構成された、抽気冷却システム（６２）を含む、
    請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム（１０）。
  5. 前記抽気冷却システム（６２）が、
    前記ガスタービン（４４）からの抽気（２６６）を用いて窒素（２６８）を加熱し、加熱窒素（２７０）を生成するように構成された、第１熱交換器（２６０）と、
    前記第１熱交換器（２６０）からの抽気を用いて前記有機ランキンサイクルシステム（９０）からの前記冷却されたボイラ給水（２７２）を加熱し、前記加熱されたボイラ給水（２７４）を生成するように構成された、第２熱交換器（２６２）と、
    前記第２熱交換器（２６２）からの抽気を用いて前記冷却された水（２７６）を加熱し、熱水（２７８）を生成するように構成された、第３熱交換器（２６４）と、
    から成る、請求項４に記載のシステム（１０）。
  6. 前記有機ランキンサイクルシステム（９０）が、水を用いて冷媒を加熱するように構成された、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム（１０）。
  7. 前記有機ランキンサイクルシステム（９０）が、冷媒としてイソブタンを用いるように構成された、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム（１０）。
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