JPH08500850A - 炭素性燃料を乾燥しガス化する統合された方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する方法および装置に関する。本発明方法は、高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれに水を加えることなく１個またはそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それによって該ガスを冷却し加湿し、冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなることを特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する方法である。本発明はまた固体粒子状炭素性燃料から動力、特に電力を得る統合された方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 炭素性燃料を乾燥しガス化する統合された方法および装置 本発明は高水分含量の固体粒子状炭素性燃料を燃料用のガスに変える方法およ び装置に関する。さらに詳細には、本発明によれば、湿った粒子状の炭素性固体 燃料をガス化する改善された方法および装置が提供されるが、この方法において は乾燥工程の前に水を加えず、燃料の乾燥と生成ガスの冷却との工程が統合され ている。本発明は湿った石炭を石炭ガスに変えるのに特に適している。以後便宜 上このような用途に関して本発明の説明を行う。しかし本発明は他の種類の固体 粒子状炭素性燃料をガスに変えるのにも適していることを了解されたい。 石炭を石炭ガスに変える方法は幾つか知られている。これらの改質工程は一般 に高温で、通常使用する改質工程に依存して９００〜１５００℃において起こる 。この工程は本質的には石炭を部分的に燃焼させ、二酸化炭素ではなく一酸化炭 素をつくる工程を含んでいる。炭化水素および石炭の中に化学的に含まれる水素 により若干の水素およびメタンも生成する。これらの工程は一般に、水蒸気を加 えて炭素と水との反応によりさらに水素を生成させる工程を含んでいる。 生成物のガスは浄化するかまたはバルブを通して流速を調節する前に冷却しな ければならない。ガスを冷却する大部分の方法で水蒸気発生器および過熱器を使 用し、過熱器の中では水を沸騰させた管の上に高温のガスを通して冷却し水蒸気 をつくる。 公知のガス化装置の大部分は水分含量が典型的には工程に依存して１０〜２０ ％の供給炭を必要とする。酸素吹込み式ガス化装置はもっと水分含量の多い燃料 を受け入れることができる。高い水分含量をもった石 炭をガス化する際には、先ず石炭を乾燥して水分含量を適当なレベルまで減少さ せる必要がある。 高水分含量の石炭をガスに変える公知方法においては、高温水蒸気を用いる水 蒸気流動ベッド乾燥工程において石炭を先ず乾燥して水分含量を減少させる。こ の工程は大気圧下で行われ、原料炭を破砕した後乾燥容器の中のベッドに供給す る。高温の水蒸気を底部から注入して泡立てて石炭ベッドを流動させ、ベッド中 の粒子に一定の運動を賦与する。ベッドの区域の内部には多数の管が埋め込まれ 、その中に高温の水蒸気を通して石炭を加熱し乾燥する。乾燥した石炭を冷却し 貯蔵する。次いで石炭を貯蔵庫から工場の他の場所にあるガス化器へと移す。 ガス化器は空気または酸素に富んだ空気のいずれかを用いて流動させられるベ ッドを有し、空気はまた石炭と反応して生成物のガスを生じる。大部分の反応は 流動ベッド中で起こるが、細かい石炭の粒子および細かい灰分はガス流によって 容器の頂部に運ばれ、ここでさらに空気が注入されてガス化工程が完結するよう な方法でガス化機は操作される。容器を出る際のガスの温度は１０００℃程度で あり、従ってガス化器へ戻って来るチャー粒子を除去するためには高温の耐火性 材料でライニングされたサイクロンが必要である。 次に高温の生成ガスを０〜４５０℃の温度まで冷却し、浄化および硫黄の除去 を行うことができる。 他のガス化工程も知られているが、これらはすべてまず石炭を乾燥して貯蔵し た後、別の工程でガス化し、生成したガスを冷却した後浄化する点では実質的に 類似している。 水蒸気流動ベッド乾燥工程では石炭を流動させ乾燥するために水蒸気 を発生させることが必要である。これは通常のボイラーを用いるか、または乾燥 工程で除去される水分の水蒸気を再圧縮することによって達成される。どの方法 でもエネルギーが消費される。 熱回収用の水蒸気発生器中で製造される水蒸気を用いて動作する水蒸気タービ ンをもったガスタービン発電所において、乾燥用の水蒸気は熱回収用水蒸気発生 器から供給されるか、或いは水蒸気タービンから放出される。しかしこれによっ て水蒸気タービンによる発電に必要な水蒸気が減少する。 蒸気の再圧縮を使用するためには、蒸発した水分の圧力と温度とを上げるため に圧縮機を使う必要がある。これらの圧縮機は大量のエネルギーを必要とする。 水蒸気流動ベッド乾燥器（ＳＦＢＤ）のために水蒸気の圧力を上げる方法はいず れも、発電所の正味の出力を減少させ、従って全体としての効率を低下させる。 例えば４００ＭＷの出力の発電所のために石炭を処理するのに十分な容量をも つ大気圧で作動するＳＦＢＤは非常に大きなものになり、発電所のための設備コ ストが著しく増加し、従って得られる電力のコストも増大するであろう。 このＳＦＢＤ工程を用いる従来提案された工場には、ガス化の前に所望の石炭 を中間的に貯蔵所が含まれ、その結果ガス発生工場の設備コストが増加する。所 望の石炭を貯蔵することは自然発火が起こり易いために危険である。 濾過する前に生成ガスを冷却する必要があるため、熱交換器によりガスを冷却 するための設備コストがさらに付け加えられる。熱交換器は濾過されていないガ スによって目詰まりを生じ易い。そのため熱交換器を 規則的に清掃する必要が生じ、従って工場の操作コストがさらに増加する。 最近の特許においては、ガス化器で生成したガスを用い供給される燃料から水 分を除去する幾つかの方法が記載されている。 米国特許第４１６６８０２号［テキサコ社（Ｔｅｘａｃｏ Ｉｎｃ．）］に記 載された結合水をもった石炭を乾燥しガス化する方法においては、石炭を水と混 合して得られるスラリをガス化区域の高温ガスを用いて加熱し、石炭の構造を変 化させ、石炭粒子から水を部分的に除去することができる。この乾燥工程はスラ リ中の水を液相に保持するのに十分な非常に高い圧力（約９０バール）で操作さ れる。スラリを加熱した後水の一部をスラリから分離した、水分含量が減少した スラリが得られる。この水分が減少したスラリは高圧酸素吹込み式ガス化器に対 する供給原料になる。この方法は通常のガスタービンに要求されるよりも遥かに 高い圧力で操作される。この高い圧力のために設備コストが高くなる。ガス化器 に供給される燃料の水分含量が高いために、満足すべき生成ガスを製造するため には酸素吹込み式ガス化機が必要となる。そのための酸素工場も設備コストを増 加させる。この水熱的工程により有機材料で汚染された多量の水流を生じ、この 水を処理するために工程のコストがさらに増加する。 米国特許第４３０２３５３号（Ｕｈｄｅ Ｇｍｂｈ）記載の下水汚泥を廃棄す るための他の方法においては、ガス化器中で生じる下水汚泥から生じる高温ガス を入って来る下水の中に通し、ガス化のために十分な程度まで下水汚泥を乾燥す る。得られたガスを浄化した後に燃焼して廃棄する。この方法は入って来る下水 の中の水分がすべて生成ガス中に留 まり、従ってガスタービン中で燃焼させるには不適な非常にカロリー値が低いガ スを生じるという欠点をもっている。 日本特許Ｊ０３０３９３９４号（荏原製作所ＫＫ）記載の方法においては、ガ ス化器で得られる高温ガスをガス化器で使用する原料を含む大貯蔵器に通し、チ ャーおよびタールを生成ガスから除去し、同時に原料を乾燥してガスを冷却する 。この方法は木屑および鋸屑のガス化に関連して記載されているが、この方法は 、ガス化に通常使用される他の炭素性材料、例えばピート、コークスまたは石炭 にも適用することができる。この方法ではガスを通すための隙間があり、その中 にガスを通すことによって生成ガスが貯蔵器中の原料の固定べッドに通されるよ うになっていると考えられる。このような方法は砕け易く容易に小さい粒子にな ってしまう燃料では使用できない。何故ならばこのような燃料は粒子の間にガス を通す通路をつくる区域が不十分にしか存在しないからである。上記の二つの方 法に共通していることは、これらの方法により生成ガス中に過剰の水分が生じ、 従ってガスタービン中で燃焼させるには適さない非常に低カロリー値のガスが得 られることである。 ドイツ民主共和国特許第２０９６４８号記載の水分含量５０〜６０重量％の褐 炭をガス化する方法においては、固定ベッドガス化器を使用する。石炭を水と混 合して塊の大きさを５〜６０ｍｍに保つ。これはガス化器の中の石炭のベッドを 通るガスの通路を保持するのに必要である。まず石炭貯蔵庫の中で９０℃に予熱 し、予備乾燥を行って加圧（加圧水蒸気）工程における水分含量を５０％に保つ 。次いでこれをガス化器へ移し、石炭を下方に移動させ、ベッドの中で高温の生 成ガスを上方に通しながら乾燥を完了させる。この方法は砕け易い燃料［例えば ヴィクト リア褐炭（Ｖｉｃｔｏｒｉａｎ ｂｒｏｗｎ ｃｏａｌ）］のような粒径が５ｍ ｍより小さくなるまで砕けてしまう燃料には使用できない。またこの方法では、 空気吹込み式ガス化機によりガスタービン中で燃焼させるには適さない非常に低 カロリー値のガスが生じるために、ガス化媒質として酸素と水蒸気とを使用する 。またこの方法は石炭を予熱するために貯蔵庫を使用することが必要であり、入 って来る石炭を乾燥させるのに十分な滞在時間を得るためには普通よりも大きな ガス化機を必要とするという欠点をもっている。この両方とも設備コストを増加 させる原因となる。 本発明の目的は従来法の上記欠点を克服するか少なくとも緩和し得る固体粒子 状炭素性燃料をガス化する方法および装置を提供することである。 従って本発明に従えば高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれに水を加える ことなく１個またはそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、 高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより 該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それに よって該ガスを冷却し加湿し、 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなること を特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する方法が提供される 。 また本発明によれば、高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化し て高温の生成ガスをつくるガス化容器、 該燃料粒子がガス流中に捕捉されるような方法でガスの一部を各乾燥容器へ通 すことにより該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで減少させ且つ高温の 生成ガスの少なくとも一部を冷却し加湿するための１個またはそれ以上の加圧し た乾燥容器、 該燃料をそれに水分を加えることなく各乾燥容器へ導入する装置、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を該ガス化容器から各乾燥容器へ送る装置 、 該燃料から冷却し加湿されたガスを分離する装置、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器から該ガス化装置へと送る装置から成 ることを特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する装置が提供 される。 本発明の他の具体化例においては、高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれ に水を加えることなく１個またはそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、 高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより 該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それに よって該ガスを冷却し加湿し、 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 該冷却し加湿されたガスを随時ガス浄化システムおよび／または縮合器を介し て発電用のガスタービンヘ送り、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程から なることを特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料から電力を発生させる 統合された方法が提供される。 本明細書において使用される「ガス化する」および「ガス化」という言葉は、 固体の炭素性燃料を燃料用のガスに改質することを意味する。炭素性燃料は任意 の固体炭素をベースにした燃料、例えば石炭、ピート、木材の廃材、バイオマス 、バガス、下水汚泥などであることができる。 或る種の炭素性材料は粒状物を加圧乾燥器へ移動させるのに用いられる特定の 方法に適した流動特性をもち、これを乾燥器を通るガス流の中に捕捉され得る大 きさをもった粒子にするためには、破砕、篩分け、予備乾燥等の予備処理が必要 である。本発明方法に使用される粒子の大きさは材料の密度、凝集傾向、乾燥器 を通る高温ガスの圧力、撹乱度および速度を含む多くの因子に依存しているが、 最高約６ｍｍの大きさをもった粒子が本発明方法に特に適している。 本発明方法に使用するのに適した炭素性燃料は高水分含量をもっている。本明 細書において「高水分含量」という言葉は水分含量がガス化工程に使用し得る最 高の水分含量よりも多いことを意味する。大部分のガス化工程は工程に依存して 典型的には水分含量が１０〜２０％よりも低い固体供給原料を必要とし、酸素吹 込み式ガス化機はこれよりも高い水分含量の供給原料を受け入れることができる 。従って「高水分含量」という表現は通常水分含量が１０〜２０％よりも多い燃 料を意味している。本発明は特に水分含量が５０％より多い原料石炭のガス化に 有用である。 高圧、好ましくはガス化機が操作される圧力と類似の圧力で操作される１個ま たはそれ以上の捕捉流体乾燥器の中で、炭素性燃料の水分含量は減少させられる 。この乾燥方法においては、燃料粒子を高温のガス流 の中に導入してそれと一緒に運び、サイクロンのような分離器に到達するまでの 間に粒子を乾燥する。粒子を捕捉した流体流中の粗い粒子は、なお湿っているこ ともあるが随時分級器の中で分離し、さらに乾燥するために循環させることがで きる。他の乾燥方法においては、粒子捕捉法と流動ベッド法との両方の要素を組 み合わせ、乾燥すべき材料のベッドを高温ガスによって流動させるが、ベッドの 上方に材料の大部分を流して粒子捕捉法により乾燥を行い、このようにして補足 され運ばれる材料を循環させてさらに乾燥させる。 ガス化機と組合わせて１個またはそれ以上の乾燥容器を使用することができる 。必要とされる乾燥容器の実際の数は燃料の水分含量、ガス化機の大きさなどを 含む因子に依存するが、一般的には１〜６個の乾燥容器で十分である。 湿った燃料を乾燥容器の中に導入する方法も、使用される粒子捕捉乾燥器の種 類に依存する。好適方法においては、ロック・ホッパー ・システムを通じて燃 料をそれぞれの乾燥容器に導入し、ここで圧力を乾燥器の操作圧力まで上昇させ る。スクリュー供給システムを用い燃料を乾燥器に導入し、この圧力をかけるこ とができる。 本発明の方法および装置においては、ガス化容器およびガス化法はそれ自身は 公知のものであることができる。空気吹込み式ガス化機は、別に酸素工場をつく るための大きな設備コストを省くことができるために好適である。特に適したガ ス化機は高温ウインクラー型（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｗｉｎｋｌ ｅｒ Ｔｙｐｅ）の空気吹込み流動ベッド・ガス化機であるが、この種の他の例 で明らかなように、運ばれて来たチャーを分離してガス化機に戻すのではなく、 ガス化基の生成ガ スと共に乾燥器へ通すこともできる。流動ベッドガス化機が特に好意的であるが 、粒子捕捉流システムを用いて操作されるような他のガス化機を用いることもで きる。しかしこれらのガス化機は一般に高温で使用されるから、乾燥器に入る前 に生成ガスを一層冷却する必要がある。 ガス化工程は実質的には炭素、酸素および水を水素および一酸化炭素に変える 工程を含んでいるが、この工程において他のガスも生じ、他の反応も起こる。大 部分のガス化工程においては、工程に必要な熱は酸素含有ガスをガス化機に圧入 し、燃料を部分的に燃焼させることによってつくられる。酸素含有ガスは大気中 から直接得られる空気、酸素に富ませた空気、純粋の酸素等であることができる 。ガス化機の下手の所でガスタービンまたは水蒸気タービンと空気ポンプとを一 体化して取り付けることができる。 若干の水蒸気または水を空気と共に注入してガス化機の操作温度をコントロー ルすることができる。ガス化機でつくられるガスの少なくとも一部を乾燥容器へ と導き、ここで湿った燃料と接触させる。好ましくはガス化機の中で生成するす べての高温ガスを乾燥容器へと導く。乾燥容器の中に入って来るガスの温度はガ スの側流を冷却し、乾燥器の中に入る前に主ガス流と再混合する方法、ガス流の すべてを熱交換器で冷却する方法、水蒸気または水を添加する方法、または乾燥 容器を出た冷却されたガスの一部を循環させ該容器に入る高温ガスと混合するこ とによってコントロールすることができる。全体的な熱効率を向上させるために は乾燥器からの出口温度を調節することが望ましく、乾燥器の出口温度をコント ロール、清掃等のための下手における要求温度と一致させることが望ましい。著 しい熱分会が起こるのを避け、乾燥中燃料からタール が放出されるのを防ぐのにも温度の調節が必要である。臨界温度は使用する炭素 性燃料の特性に依存する。 各乾燥器を同様な圧力で操作してガス化機へと供給を行うことが特に便利であ る。何故ならばこれによって乾燥器へ入れる前に合成ガスを圧縮または膨張させ る必要を無くすことができるからである。実際上乾燥器中の圧力は一般に、ガス 移送ライン中の圧力低下のため、ガス化機中の圧力よりも僅かに低い圧力である 。各乾燥器（およびガス化機）は１５〜４０気圧の圧力で操作することがことが 好ましい。乾燥器を出る冷却され加湿されたガスをガスタービンへ導く統合され た工程においては、乾燥器中の圧力をガスタービンの必要圧力に一致させること が便利である。 高温ガスが乾燥容器を通る際、燃料の水分含量およびガスの温度が低下する。 この際各乾燥容器は乾燥器および冷却機の両方として作用し、別の冷却容器を設 置する必要性が部分的にまたは全く除去される。 粒子捕捉流乾燥器においては、乾燥された燃料は冷却されたガスと共に乾燥容 器から運び出される。乾燥された燃料はサイクロンのような適当な分離部材を用 い冷却されたガスから分離することができる。炭素性材料の性質によって必要と される場合、大きな石炭の粒子を分級し乾燥器へと循環させる工程を導入するこ とができる。乾燥した燃料を次に分離器から直接ガス化機へと通し、一方冷却さ れたガスは下手へと導かれガス燃焼装置へと通される。ガス燃焼装置はガス・タ ービンまたは他の燃焼機であることができる。乾燥した石炭を分離器から逆向き の圧力勾配に抗してガス化機へと移動させるには、例えば重力による供給パイプ 、空気ジェット、セル・ウィール（ｃｅｌｌ ｗｈｅｅｌ）、スクリュー・ コンベヤー、ロック・ホッパーなどのような適当な装置、およびこれらの機素の の組み合わせによって行うことができる。 分離器を出た冷却されたガスはガス浄化システムへ通すことが好ましい。この システムは石炭粒子を除去する他のサイクロンのような分離器を含んでいること ができる。ガス浄化システムはまたセラミックスの障壁粒子からできた固体フィ ルター、または静電的塵埃沈積器のようなフィルターを含み、運び込まれた石炭 および凝集したワックス、タールおよびアルカリ塩を含む細かい粒子を除去する ことができる。 ガス浄化システムは水洗浄システムおよび／または硫黄除去工程を含んでいる ことができる。水洗浄システムはセラミックス・フィルターの代わりに、またセ ラミックス・フィルターと一緒に使用することができる。このようなシステムは 燃料が著しい量の硫黄または窒素を含んでいる場合に必要とされる。水洗浄シス テムはまた生成ガスから若干の水蒸気を除去する効果をもっている。乾燥器へと 導かれないガス化機内で生じた高温ガスは乾燥器を出た後、好ましくは冷却され たガスがガス浄化装置に通される前に、冷却されたガスと再混合される。 本発明方法は乾燥器に入る前に炭素性材料に水を加える工程を含んでいないか ら、生成ガスは大部分の工業的な用途に対して十分に高い比エネルギー値をもっ ている。しかし特定の要求に合わせるために生成ガスの比エネルギー値を増加さ せたい場合には、次のような幾つかの方法を行うことができる。 冷却した生成ガスの全部または一部を凝縮器に通し、ここで冷却して若干の水 をさらに凝縮させることによりその比エネルギー値を増加させることができる。 この方法でガスの一部だけを冷却する場合、次に生成 ガスの残りと再び混合し、一緒にしたガス流の比エネルギ一値を増加させること ができる。 凝縮により水を除去する方法は比較的容易であり、ガスの比エネルギー含量を 増加させることができる。同時に、水を凝縮させるとガスが水により幾分洗浄さ れ、アンモニアを含む有害な不純物が除去される。 生成ガス流から水を除去する必要を省き得る他の方法は、ガス化機へ供給する 空気を空気分離工場で得られる酸素を用い部分的に酸素濃度を増加させる方法で ある。これによって高いエネルギー含量のガスが得られ、或る環境下においては 生成ガスから水を除去する必要を無くすことができる。 生成ガスはガスタービン中で燃焼させて電力をつくり、また廃ガス中に残った 熱を用いて水蒸気タービンを駆動し、これによっても電力を得ることができる。 さらにまた他の工業的工程にも使用することができる。 次に本発明の好適具体化例を示す添付図面を参照して本発明をさらに説明する 。この具体化はロック・ホッパー・システムを通して流すことが困難な流動特性 をもった高水分含量の褐炭を用いることを基礎にしている。ロック・ホッパー・ システムを使うには予備乾燥器を使用して石炭のコンディショニングを行う必要 がある。石炭を予備乾燥する利点は、石炭に結合した水分の一部が最終的な生成 ガスと混合しない方法で除去され、従ってガスの比熱が増加し、その結果ガス・ タービン中で燃焼させるのに適したガス生成物が得られることである。本発明の 他の具体化例も可能であり、従って添付図面の示す特異性によって本発明に関す る上記の説明の一般性が排除されるものではないことを了解された。 図１は流動ベッドガス化容器および粒子捕捉流乾燥容器並びに予備乾 燥容器を含む本発明の具体化例の模式図である。 原料炭（１）は粉砕機（２）に供給され、ここで石炭の粒径は最高約６ｍｍま で減少し、水蒸気ライン（２６）を介して供給される温度約４００〜５００℃の 過熱水蒸気と混合される。石炭および高温ガスは次に粒子捕捉流予備乾燥器（３ ）を長手方向に通過し、ここで石炭を部分的に乾燥し、次に続くロック・ホッパ ーを通って流すことができる。 予備乾燥容器（３）を出た後、予備乾燥された石炭および水蒸気はサイクロン 分離器（４）の中で分離される。水蒸気はフィルターまたは静電沈積器（５）の 中で浄化され、細かい粒子が除去された後、循環して熱回収用水蒸気発生器（２ ５）へ戻され、一方石炭から蒸発した水から生じた過剰の水蒸気はライン（２８ ）を通して凝縮器（３３）へ移され、ここで水蒸気を循環させるために供給され る水を加熱する。予備乾燥された石炭粒子は一連のロック・ホッパー（６）を通 り、大気圧の区域から約２５気圧の区域へ移される。ロック・ホッパーの底部に おいて、石炭はスクリュー・コンベヤー（７）へと通され、これによって石炭は 粒子捕捉流乾燥シャフト（８）の底へ供給される。乾燥シャフトは約２５気圧ま で加圧される。 石炭はガス化機（１６）から得られる高温の生成ガス流の中に捕捉される。ガ スはガス・ライン（９）を経て乾燥シャフトの底部へ導かれる。乾燥シャフトに 入る際、ガスの温度は７５０〜１０５０℃の程度である。高温ガスは乾燥器の内 部で湿った石炭から水を蒸発させ、それによって冷却され、２００〜２５０℃の 温度で出口（１０）を通って乾燥器を出る。乾燥した石炭および冷却されたガス はサイクロン（１１）の中で分離される。乾燥した石炭粒子はダクト（１２）を 通ってガス化機へと供 給される。出口パイプ（１３）を通ってサイクロンから出るガスは直接ガス浄化 システム（１４）へと供給され、細かい粒子および有害なガスを除去することが できる。 乾燥した石炭はサイクロン（１１）からダクト（１２）を経てガス化容器（１ ６）へと通され、石炭のガス化が行われる。ガス化機への石炭の流れは回転バル ブ（セル・ウィール） （１５）によってコントロールされる。 ガス化機（１６）は空気吹込み式流動ベッドガス化機である。ガス化機のベッ ドはガスタービン・エキスパンダー（２０）に連結された圧縮機（１９）により つくられる加圧空気で流動化させられる。空気は大気中から入り口（２１）を経 て圧縮機へ引き込まれ、加圧された空気はダクト（２２）を通ってガス化容器（ １６）へと通される。ダクト（２２）中の二次圧縮機（１７）により空気に必要 な圧力がかけられる。高温の生成ガスはガス化容器からダクト（９）を経て粒子 捕捉流乾燥器へと通される。 生成ガスの側流（３１）は熱交換器（３２）中で冷却され、ここで水蒸気工程 に必要な水蒸気の圧力が上昇する。冷却されたガスはダクト（９）中で主ガス流 と再び混合される。 チャーおよび灰分は流れ（１８）により示されるようにガス化容器から除去さ れる。 ガス浄化システム（１４）を出るガスは温度が約２００℃、圧力が約２４気圧 であり、水分含量は約３２％（ｖ／ｖ）、比エネルギー値は約４．１ＭＪ／ｋｇ （２５℃）である。この比エネルギー値は近代的なガスタービンから最高出力を 得るのに十分な値である。 ガスはガスタービン燃焼室（２３）へ通され、ここでガスを燃焼させてガスタ ービン・エキスパンダー（２０）を駆動するのに必要な高温ガスがつくられ、発 電機（２９）により電力が得られる。このガスタービンの廃ガスは次にダクト（ ２４）を通って熱回収用の水蒸気発生器（２５）へ導かれ、水蒸気工場（２７） で使用する水蒸気をつくり、この工場で発電機（３０）によりさらに電力がつく られる。熱回収用の水蒸気発生器（２５）はまた予備乾燥器（３）に必要な水蒸 気を生じる。この水蒸気は水蒸気ライン（２６）を通って予備乾燥器（３）およ び粉砕機（２）へと戻される。 本発明方法を通常のガス化と組合わせた循環統合工程（ＩＧＣＣ工程）と区別 するために、本発明の新規組合わせ工程を「乾燥ガス化と組合わせた循環統合工 程（ＩＤＧＣＣ工程）と呼ぶことにする。本発明のＩＤＧＣＣ工程を評価し、Ｉ ＧＣＣ工程で得られる結果と比較した。 ＩＤＧＣＣシステムを用いると、同じガスタービンからより多くの電力を得る ことができる。何故ならばガス流は燃焼用のガスの高水分含量によってガス流が 増加しているが、全体としての改質効率は同等であるからである。両方の工程に おいて同様な量の二酸化炭素が大気中に放出される。本発明方法はＩＧＣＣ法に 比べ設備コストが著しく低い。 本発明によれば、湿ってはいるが自由な水を含まない固体粒子状の炭素性材料 、例えば掘り出されたばかりのヴィクトリア褐炭をガス化することができる。本 発明方法は粒径が６ｍｍ以下にまで減少する砕け易い固体粒子状炭素性材料をガ ス化するのに特に適している。 本明細書の冒頭に挙げた特許明細書に説明されているように、燃料を乾燥する ために生成ガスの熱を利用する従来法は、固定ベッド法でガス化および／または 乾燥を行うのに適した大きさの塊のまま石炭を保存するために、材料をガス化す る前にスラリをつくることが必要であるか、或いは水を加えることが必要である 既に汚泥（例えば下水汚泥）の形をした材料をガス化する方法に関連している。 本発明方法は炭素性材料に水を加えることなく操作され、従って熱的に効率の良 い方法となり、高いエネルギー含量をもったガスが得られ、発電所の場合には、 消費された燃料の一定量当たりの送出される電気エネルギーが大きくなる。 乾燥工程は水を加えないで固体粒子状の燃料を乾燥でき、同等な固定ベッド乾 燥器または流動ベッド乾燥器に比べ小型で従って廉価な粒子捕捉流乾燥器を１個 またはそれ以上使用して行われる。乾燥工程はガス化工程と統合され、生成ガス の熱を利用して入って来る燃料を乾燥し、これによってガスの乾燥と冷却を単一 工程で行うことができる。そのためガスを浄化し最終的に使用する前に、別の熱 交換器を用い生成ガスを冷却する必要がなくなる。 乾燥工程はまた工業的なガス化機で通常用いられるような圧力で操作されるが 、このような圧力はまた直接ガスタービンへ供給するのにも適している。従って この方法は水熱的脱水工程を使用する場合に必要な高圧を得るための特殊な装置 を必要としない。水熱的乾燥法では汚染を引 き起こす流出物を生じるのでこれを処理しなければならないが、粒子捕捉流乾燥 法ではこのような流出物は生じない。 最後に、本発明方法および装置に関しては、本発明の精神または範囲を逸脱す ることなく、種々の変形または付加を行い得ることを了解されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年２月１８日 【補正内容】 まず石炭を乾燥して貯蔵した後、別の工程でガス化し、生成したガスを冷却した 後浄化する点では実質的に類似している。 水蒸気流動ベッド乾燥工程では石炭を流動させ乾燥するために水蒸気を発生さ せることが必要である。これは通常のボイラーを用いるか、または乾燥工程で除 去される水分の水蒸気を再圧縮することによって達成される。どの方法でもエネ ルギーが消費される。 熱回収用の水蒸気発生器中で製造される水蒸気を用いて動作する水蒸気タービ ンをもったガスタービン発電所において、乾燥用の水蒸気は熱回収用水蒸気発生 器から供給されるか、或いは水蒸気タービンから放出される。しかしこれによっ て水蒸気タービンによる発電に必要な水蒸気が減少する。 蒸気の再圧縮を使用するためには、蒸発した水分の圧力と温度とを上げるため に圧縮機を使う必要がある。これらの圧縮機は大量のエネルギーを必要とする。 水蒸気流動ベッド乾燥器（ＳＦＢＤ）のために水蒸気の圧力を上げる方法はいず れも、発電所の正味の出力を減少させ、従って全体としての効率を低下させる。 例えば４００ＭＷの出力の発電所のために石炭を処理するのに十分な容量をも つ大気圧で作動するＳＦＢＤは非常に大きなものになり、発電所のための設備コ ストが著しく増加し、従って得られる電力のコストも増大するであろう。 このＳＦＢＤ工程を用いる従来提案された工場には、ガス化の前に所望の石炭 を中間的に貯蔵所が含まれ、その結果ガス発生工場の設備コストが増加する。所 望の石炭を貯蔵することは自然発火が起こり易いために危険である。 濾過する前に生成ガスを冷却する必要があるため、 請求の範囲 １．高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれに水を加えることなく １個ま たはそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、 高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより 該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それに よって該ガスを冷却し加湿し、 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 乾燥容器中の燃料粒子の著しい熱分解を避けるような温度において、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなること を特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する方法。 ２．該固体粒子状炭素性燃料は最高粒径が約６ｍｍであることを特徴とする請 求の範囲１記載の方法。 ３．ロック・ホッパー ・システムを使用して固体粒子状炭素性燃料を各乾燥 容器に導入することを特徴とする請求の範囲１または２記載の方法。 ４．各乾燥容器中の圧力は乾燥容器を出る冷却され加湿されたガスの圧力はガ スタービンを操作するのに適した圧力であることを特徴とする請求の範囲１〜３ 記載の方法。 ５．各乾燥容器中の圧力は１５〜４０気圧てあることを特徴とする請求の範囲 ４記載の方法。 ６．各乾燥容器中の圧力は約２５気圧であることを特徴とする請求の 範囲５記載の方法。 ７．ガス化容器は各乾燥容器と同様な圧力で操作されることを特徴とする請求 の範囲１〜６記載の方法。 ８．固体粒子状炭素性燃料を予備乾燥器中で部分的に乾燥することを特徴とす る請求の範囲１〜７記載の方法。 ９．予備乾燥器中において粒子の表面から水分を除去し、燃料粒子の各乾燥容 器中への導入を容易にすることを特徴とする請求の範囲８記載の方法。 １０．下手において乾燥容器から生じる水蒸気により予備乾燥容器へ熱を供給 することを特徴とする請求の範囲８または９記載の方法。 １１．高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化して高温の生成ガスをつく るガス化容器、 該燃料粒子がガス流中に捕捉されるような方法でガスの一部を各乾燥容器へ通 すことにより該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで減少させ且つ高温の 生成ガスの少なくとも一部を冷却し加湿するための１個またはそれ以上の加圧し た乾燥容器、 該燃料をそれに水分を加えることなく各乾燥容器へ導入する装置、 乾燥容器中の燃料粒子の著しい熱分解を避けるような温度において、該高温の 生成ガスの少なくとも一部を該ガス化容器から各乾燥容器へ送る装置、 該燃料から冷却し加湿されたガスを分離する装置、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器から該ガス化装置へと送る装置 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 該冷却し加湿されたガスを随時ガス浄化システムおよび／または縮合器を介し て発電用のガスタービンへ送り、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 乾燥容器中の燃料粒子の著しい熱分解を避けるような温度において、該高温の 生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなることを特徴とす る高水分含量の固体粒子状炭素性燃料から電力を発生させる統合された方法。 １９．固体粒子状炭素性燃料を予備乾燥器中で部分的に乾燥して粒子の表面か ら水分を除去し、燃料粒子の各乾燥容器中への導入を容易にすることを特徴とす る請求の範囲１８記載の方法。 ２０．下手において乾燥容器から生じる水蒸気により予備乾燥容器へ熱を供給 することを特徴とする請求の範囲１９記載の方法。 ２１．ガスタービンからの廃ガスを水蒸気発生機へ導き、その中で生成される 水蒸気の一部を使用して発電を行い、一部を予備乾燥器へ導くことを特徴とする 請求の範囲２０記載の方法。 ２２．添付図面に示した具体化例を参照して本明細書に実質的に記載された事 項を含むことを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲１８記載の方法。 ２３．添付図面に示した具体化例を参照して本明細書に実質的に記載された事 項を含むことを特徴とする請求の範囲１１記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ (72)発明者 アンダーソン，バーナード オーストラリア・ビクトリア3193・ボーマ リス・トラムウエイパレイド22 (72)発明者 ウイルソン，デイビツド・マクリーン オーストラリア・ビクトリア3126・カンタ ベリー・メイリングロード21 (72)発明者 ヒユイン，ダン・クアン オーストラリア・ビクトリア3125・バーウ ツド・スチーブンスストリート５ (72)発明者 プレザンス，グレム・エルドレド オーストラリア・ビクトリア3125・バーウ ツド・スルーロード24

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれに水を加えることなく１個また はそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、 高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより 該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それに よって該ガスを冷却し加湿し、 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなること を特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する方法。 ２．該固体粒子状炭素性燃料は最高粒径が約６ｍｍであることを特徴とする請 求の範囲１記載の方法。 ３．ロック・ホッパー・システムを使用して固体粒子状炭素性燃料を各乾燥容 器に導入することを特徴とする請求の範囲１または２記載の方法。 ４．各乾燥容器中の圧力は乾燥容器を出る冷却され加湿されたガスの圧力はガ スタービンを操作するのに適した圧力であることを特徴とする請求の範囲１〜３ 記載の方法。 ５．各乾燥容器中の圧力は１５〜４０気圧であることを特徴とする請求の範囲 ４記載の方法。 ６．各乾燥容器中の圧力は約２５気圧であることを特徴とする請求の範囲５記 載の方法。 ７．ガス化容器は各乾燥容器と同様な圧力で操作されることを特徴とする請求 の範囲１〜６記載の方法。 ８．固体粒子状炭素性燃料を予備乾燥器中で部分的に乾燥することを特徴とす る請求の範囲１〜７記載の方法。 ９．予備乾燥器中において粒子の表面から水分を除去し、燃料粒子の各乾燥容 器中への導入を容易にすることを特徴とする請求の範囲８記載の方法。 １０．下手において乾燥容器から生じる水蒸気により予備乾燥容器へ熱を供給 することを特徴とする請求の範囲８または９記載の方法。 １１．高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化して高温の生成ガスをつく るガス化容器、 該燃料粒子がガス流中に捕捉されるような方法でガスの一部を各乾燥容器へ通 すことにより該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで減少させ且つ高温の 生成ガスの少なくとも一部を冷却し加湿するための１個またはそれ以上の加圧し た乾燥容器、 該燃料をそれに水分を加えることなく各乾燥容器へ導入する装置、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を該ガス化容器から各乾燥容器へ送る装置 、 該燃料から冷却し加湿されたガスを分離する装置、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器から該ガス化装置へと送る装置から成 ることを特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をガス化する装置。 １２．１〜６個の加圧乾燥容器を含むことを特徴とする請求の範囲１１記載の 装置。 １３．各乾燥容器中の圧力は１５〜４０気圧であることを特徴とする請求の範 囲１１または１２記載の装置。 １４．各乾燥容器中の圧力は約２５気圧であることを特徴とする請求の範囲１ ３記載の装置。 １５．ガス化容器は各乾燥容器と同様な圧力で操作されることを特徴とする請 求の範囲１１〜１４記載の装置。 １６．固体粒子状炭素性燃料を予備乾燥器中で部分的に乾燥して粒子の表面か ら水分を除去し、燃料粒子の各乾燥容器中への導入を容易にすることを特徴とす る請求の範囲１１〜１５記載の装置。 １７．下手において乾燥容器から生じる水蒸気により予備乾燥容器へ熱を供給 することを特徴とする請求の範囲１６記載の装置。 １８．高水分含量の固体粒子状炭素性燃料をそれに水を加えることなく１個ま たはそれ以上の加圧した乾燥容器に導入し、 高温の生成ガスを各乾燥容器に通しガス流中に燃料粒子を捕捉することにより 該燃料の水分含量をガス化に適した水準にまで該乾燥容器中で低下させ、それに よって該ガスを冷却し加湿し、 冷却し加湿したガスを該燃料から分離し、 該冷却し加湿されたガスを随時ガス浄化システムおよび／または縮合器を介し て発電用のガスタービンへ送り、 水分含量が減少した該燃料を各乾燥容器からガス化容器へと送り、 該ガス化容器の中で該燃料をガス化して高温の生成ガスをつくり、 該高温の生成ガスの少なくとも一部を各乾燥容器に導入する工程からなること を特徴とする高水分含量の固体粒子状炭素性燃料から電力を発生させる統合され た方法。 １９．固体粒子状炭素性燃料を予備乾燥器中で部分的に乾燥して粒子の表面か ら水分を除去し、燃料粒子の各乾燥容器中への導入を容易にすることを特徴とす る請求の範囲１８記載の方法。 ２０．下手において乾燥容器から生じる水蒸気により予備乾燥容器へ熱を供給 することを特徴とする請求の範囲１９記載の方法。 ２１．ガスタービンからの廃ガスを水蒸気発生機へ導き、その中で生成される 水蒸気の一部を使用して発電を行い、一部を予備乾燥器へ導くことを特徴とする 請求の範囲２０記載の方法。 ２２．添付図面に示した具体化例を参照して本明細書に実質的に記載された事 項を含むことを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲１８記載の方法。 ２３．添付図面に示した具体化例を参照して本明細書に実質的に記載された事 項を含むことを特徴とする請求の範囲１１記載の装置。