JPH08503253A

JPH08503253A - 高性能石炭ガス化装置

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Publication number: JPH08503253A
Application number: JP6515976A
Authority: JP
Inventors: ハーバートエリオットジュニアアンドラス
Original assignee: コンバッションエンヂニアリングインコーポレーテッド
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1996-04-09
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: US5622534A; JP2590051B2; WO1994016037A1; US5620487A; KR960700328A

Abstract

(57)【要約】高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置（10）及びこのガス化装置（10）を作動させて石炭から燃料ガスを生成する方法。このガス化装置（10）は、ガス化反応が行われて石炭から燃料ガスが生成される内方の水冷容器（12）を包囲する外方の圧力格納容器（14）を包含する。内方の水冷容器（12）は、ガス化反応を行うため及びスラッギングのために要求される高温度がチャーの燃焼によって発生される第１段階（22）、チャーをガス化して目的の燃料ガスを生成する第２段階（24）、及び石炭の脱揮発性物質処理を行って第１段階（22）及び第２段階（24）用のチャーを生成する第３段階（26）を具備し、汚染物の冷却が内方の水冷容器（12）の第３段階（26）を通過する燃料ガスによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】高性能石炭ガス化装置発明の背景本発明は石炭ガス化装置、さらに詳述すれば、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式の石炭ガス化装置及び該装置の作動法に係る。アメリカ合衆国政府は契約DE−FC21−90MC26308により本発明について権利を有する。化石燃料燃焼式発電装置群からの排出レベルを制限する現在の政府の空気汚染基準のため、クリーン燃焼形の燃料が緊急に求められている。この問題の１つの明らかな解決法は、粒状物質及びイオウの含有量が低い燃料を燃焼させ、NO_xの発生を最少とするように燃焼を行うことである。しかしながら、かかる燃料は比較的品不足であり、比較的高価である。特に基本的なエネルギー源が主として石炭であるアメリカ合衆国における問題の１つの解決策は、蒸気発生器及び同様の装置における燃焼、又はガスタービン（一体形ガス化併合サイクルシステム（IGCC）の一部である）における燃焼に好適な燃料ガスを生成する石炭のガス化である。一般に、石炭のガス化は、高温において石炭と酸素含有ガス及び水蒸気とを反応させて、主に一酸化炭素（CO）及び水素（Ｈ₂）を含有するガス（燃料ガスとしての使用に好適である）を生成するものである。石炭のガス化を行う目的で現在まで利用されている方法は、便宜的に３つのカテゴリーに分けられる。１塊炭が火格子又は他の手段上に支持され、ガス及び石炭の流動が並流又は向流式である固定床式ガス化。２破砕した又は微細な石炭がガス化媒体によって流動化され、これにより、沸騰した液体として目に見える拡大された燃料床を与える流動床式ガス化。３微細な石炭がガス化媒体中に懸濁され、これにより微細な石炭粒が直線的又はうず巻きパターンでガス化媒体と共に動く懸濁式又は同伴式ガス化。かつては経済性の点で固定床式ガス化装置が多くの注目を集めていた。これについて、固定床式ガス化装置の経済的に望ましい特徴は次のとおりである。すなわち、本質的に炭素変化比（carbon conversion ratio）が比較的高いこと、ガス製造単位当たり要求されるガス発生炉容積が小さいとの事実、及びその使用に関連して要求される燃料の調製が少量であるとの事実である。限定することなく、単なる例示として述べれば、固定床式ガス化装置の１例は、同一出願人に係る米国特許第3,920,417号（発明の名称：炭素質物質のガス化法；1975年11月18日発行）に回示されたものである。この米国特許第3,920,417号の教示によれば、ダウンドラフト（downdraft）固定床式ガス化装置において炭素質燃料を遊離酸素及び水蒸気と反応させることにより清浄な低BTU燃料ガスを製造する方法が提供される。ガス化されるべき物質を固定床式ガス化装置の上方端で導入し、ここで該固定床式ガス化装置の下方域からの熱いガスの流れによって前記物質を予熱、乾燥し、かつ脱揮発性物質処理する（ガス流は上方に引っ張られ、固定床式ガス化装置からその上方端が取り出される）。この上方に向かって流れるガスは、固定床式ガス化装置の酸化域内において炭素質燃料物質の着火レベルを所定レベルに維持するためにも作用する。固定床式ガス化装置の上方端から取り出されるガス部分（炭素質物質から放出された揮発性物質を含有する）を、固定床式ガス化装置の酸化域（揮発性物質を価値ある炭化水素化合物に熱分解させるに充分な高い温度となっている）に再導入する。ついで、炭素質燃料物質は固定床式ガス化装置の軸に沿って下方に動くため、連続して酸化域及び還元域（ここで、それぞれ空気又は他の遊離酸素含有ガス及び水蒸気が固定床式ガス化装置に導入される）を通過する。生ずる反応により、炭素質燃料物質及び他の反応体は固定床式ガス化装置の軸に達する白熱のチャーマトリックス、ガス状生成物（その性質は固定床ガス化装置のレベルに左右される）、及び溶融スラグに変化する。つづいて行われた固定床式ガス化装置のデザインに関する変更（固定床式ガス化装置と共働するように第２段階が付加された）は、同一出願人に係る米国特許第4,069,024号（発明の名称：２段階ガス化装置；1978年１月17日発行）に開示されている。この米国特許第4,069,024号の教示によれば、たとえば前述の米国特許第3,920,417号に開示されたタイプの固定床式ガス化装置において、いわゆる「噴流床」型の直列に接続された熱分解器を有する第２段階（ここで、固定床式ガス化装置からの熱い合成ガスを熱い炭素質チャージ及び石灰と接触させ、その高い顕熱を利用して冷たい、より高いBTUの生成物を生成する）を介して生成される低BTU量合成ガスを目的とする方法及び装置が提供される。反応はチャージのいくらかの炭素とガス中の水素との間で生じ、使用部位に案内される前にガスの炭化水素含量が増大し、一方、石灰はイオウと反応し、ガス中のイオウ物質を除去しないまでも低減させる。チャーの残りのチャージは脱揮発性物質処理された後、固定床式ガス化装置に送給され、ここで熱い酸化剤及び水蒸気が添加されて、より多くの合成ガス（炭素質チャージ及び石灰との反応のため、第２段階、すなわち熱分解器に戻される）を生成する。次に、同伴式（すなわち懸濁式）ガス化について述べれば、従来技術の中にその例が見られる。たとえば、同伴式ガス化法の１つの例は、同一出願人に係る米国特許第4,158,552号（発明の名称：同伴流動式石炭ガス化装置；1979年6月19日発行）に開示されている。この米国特許第4,158,552号の教示によれば、次のようにして高温度レベルの生成物ガス流が生成される。すなわち、初めにチャーを存在する空気供給物で燃焼させる。その直後、追加のチャーを、これら炭素粒のガス化のために高温流に導入する。ついで、吸熱ガス化反応（ガスを冷却させる）につづいて、新たな石炭を導入し、これにより、この石炭を比較的低い温度で脱揮発性物質処理し、このようにして低温の熱を使用する。その後、同伴されたチャー粒をガス流から除去し、ガス化装置に再導入する。新たな石炭の低温での脱揮発性物質処理は、石炭ガス化法を効果的に続けるには不充分なレベルのガス温度で達成される。従って、石炭ガス化の作動の基本的な目的（もちろん、最高の適正な発熱量を有するガスを生成することである）のために、利用できる熱の多くが利用される。同伴流動式ガス化法の他の例は、同一出願人に係る米国特許第4.343.627号（発明の名称：２段階石炭ガス化装置の作動法；1982年8月10日発行）に開示されている。この米国特許第4,343,627号の教示によれば、当該発明の目的は、増大された発熱量を有するガスを生成する能力を高めることにより同伴流動式ガス化装置の有効性を増大させることにある。さらに、これを実行するに当たっては、石炭源から還元域に注入されるべき追加の石炭を還元域に運ぶための運搬媒体として水蒸気を使用する。還元域に入った際、水蒸気は追加の石炭と反応して一酸化炭素及び水素を生成する。従って、空気又は不活性ガスが運搬用媒体として使用される場合の如く、生成ガスの発熱量の低下よりはむしろ、水蒸気は反応して追加の一酸化炭素及び水素を生成し、これにより、還元域で生成される生成ガスの発熱量が増大する。さらに、運搬媒体として水蒸気を使用することにより、石炭源と還元域との間の輸送ラインでの爆発の可能性が排除される。同伴式ガス化法のさらに他の例は、同一出願人に係る米国特許第4,610,697号（発明の名称：加圧格納チャンバーへの生成ガスのリサイクルを伴う石炭ガス化装置；1986年9月9日発行）に開示されている。この米国特許第4,610,697号の教示によれば、ガスタービン−発電機での使用に好適なクリーンで粒状物を含有しない燃料ガス又はメタン化法又は他の化学法用のフィードストックを製造するための加圧石炭ガス化装置が提供される。このガス化装置は、内方の水冷チャンバー（ここでガス化反応が行われる）を包囲する加圧格納チャンバー、ガス化反応によって生成したガスを冷却するためのプロセスガス熱交換器を包囲する第２の加圧格納チャンバー、及び外方の圧力収容壁及び生成したガスをガス化容器から熱交換器へ導くための内方の水冷輸送ダクトを有する第１及び第２格納容器間の導管を包含する。ガス化容器は、ガス化反応によって生成された溶融スラグを除去するために底部に配置されたスラグタップを包含する。加圧格納チャンバーと水冷ガス化チャンバーとの間の熱膨張の差は、チャンバー間の密閉を失うことなく、チャンバー間の水シールにより環状部へのガス漏れを生ずることなく処理される。同伴式ガス化法の他の例は、同一出願人に係る米国特許第4,680,035号（発明の名称：２段階スラッギングガス化装置；1987年7月14日発行）に開示されている。この米国特許第4,680,035号の教示によれば、ガスを頂部の開口まで上方に流動させるための垂直方向に拡張されたガス化チャンバーを有する２段階石炭ガス装置が提供される。チャンバーの壁を包含する管はチャンバーの底の中心に配置されたスラグタップ開口を形成する。ガス化装置の下方部には燃焼域があり、ここで燃料注入ノズルは熱源を供給するため燃焼支持空気と共に石炭を接線方向で噴出する。上方部には還元域があり、ここで追加の燃料が導入され、ガス化される。燃焼域と還元域との間には、中心に配置されたバッフルがある。このバッフルは平面でタップ開口よりも大きく、バッフル上に落ちたスラグがスラグタップ開口よりもいくらかの距離を離して着地するように配置される。中心に配置されたバッフルは燃焼器から還元器への放熱ロスを最少とし、ガス化チャンバーの中心部を閉塞してガスが還元域からドローバックしないようにし、強制的にスラグを還元域から落下させてスラグタップ開口の外部位置で燃焼器に入るようにし、これにより、実質的にスラグタップ開口に達する前に加熱される時間を得る。上述の如く参照した各種の米国特許の教示に従って構成されるガス化装置は意図した目的に関して機能するものであることが示されているが、それにもかかわらず、従来技術では、その使用の増大を図るためには、かかるガス化装置の更なる改善が望まれていることが明らかである。このため、従来技術では、現在利用できる形式のガス化装置の使用を介して得られるよりも高い石炭／ガス効率を達成できる新規かつ改善されたガス化装置が求められていることが明らかである。このように従来技術では、現在のガス化装置（固定床式、流動床式又は同伴式のもの）を、冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率の点でしのぐ新規かつ改善されたガス化装置が求められていることが明らかである。さらに詳述すれば、従来技術は、冷ガス効率85％、熱ガス効率95％及び炭素変化率99.99＋％を達成できる（これらの性能は現在の技術によって達成できる性能と対比されるものであり、現在の固定床式ガス化装置に関する冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率はそれぞれ80％、85％及び95〜98％であり、現在の流動床式ガス化装置に関する冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率はそれぞれ72％、80％及び93〜98％であり、さらに現在の同伴式ガス化装置に関する冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率はそれぞれ67〜70％、75％及び 99.99＋％である）新規かつ改善されたガス化装置が求められていることが明らかである。さらに、従来技術では、多数の点で特徴づけられる新規かつ改善されたガス化装置が求められていることが明らかである。これについて、新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき特徴の１つは、同伴流動式であることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき他の特徴は、多段階として具体化されるものであることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき第３の特徴は、加圧されることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき第４の特徴は、チャーの輸送に水蒸気が使用されることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき第５の特徴は、石炭の輸送に空気が使用されることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき第６の特徴は、スラッギングを促進させると共に、ガス化反応が行われる速度を増大させるために、第１段階の温度が1927℃（3500゜F）程度であることである。新規かつ改善されたガス化装置が望ましくは有しているべき第７の特徴は、望まれる場合には、イオウの除去を目的として石灰／ドロマイトが使用されることである。要約すると、従来技術では、より高い石炭／ガス効率が達成でき、これにより、冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率の点で従来の形式のガス化装置をしのぐ新規かつ改善されたガス化装置が求められていることが明らかである。さらに、かかる結果は、チャーの燃焼が所望温度1927℃（3500゜F）で行われ、これにより、ここで行われるガス化反応の速度を増大させ、かつスラッギングを促進できる第１段階を具備し、第１段階で燃焼されるチャーが水蒸気によって輸送される新規かつ改善されたガス化装置によって達成される。さらに、かかる結果は、チャーのガス化が行われる第２段階を具備し、第２段階でガス化されるチャーが水蒸気によって輸送される新規かつ改善されたガス化装置によって達成される。さらに、かかる結果は、石炭が脱揮発性物質処理される第３段階を具備し、第３段階で脱揮発性物質処理される石炭が空気によって輸送される新規かつ改善されたガス化装置によって達成される。また、かかる結果は、熱交換手段を具備し、第３段階から排出される際、石炭の脱揮発性物質処理から得られたチャーを同伴するガスを該熱交換手段を通過させ、これによって、チャー同伴ガスが分離手段（上述の水蒸気による第１段階及び第２段階への輸送のためのガスからチャーを分離する）を通過する前に第１段階及び第２段階にチャーを輸送するために使用される水蒸気が生成される新規かつ改善されたガス化装置によって達成される。従って、本発明の目的は、石炭をガス化して、ガスタービン（一体形ガス化併合サイクルシステム（IGCC）の一部である）での燃焼又は蒸気発生器などでの燃焼に好適な燃料ガスを生成する新規かつ改善された装置を提供することにある。本発明の他の目的は、同伴流動式のガス化装置を提供することにある。本発明の他の目的は、加圧される同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、多段階を具備する加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明の他の目的は、チャーの燃焼が所望温度1927℃（3500゜F）で行われ、これによりガス化反応が行われる速度を増大させると共に、スラッギングを促進する第１段階を具備する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、チャーのガス化が行われる第２段階を具備する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明の他の目的は、石炭が脱揮発性物質処理される第３段階を具備する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、第２段階と共に第１段階にチャーを輸送するために水蒸気が使用される多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明の他の目的は、チャーを同伴するガスが第３段階から出る際に通過される熱交換器［この熱交換器を通過することにより水蒸気（この水蒸気は第１段階及び第２段階へのチャーの輸送を行うために使用される）が生成される］を具備する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、石炭を第３段階に輸送するために空気を使用する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明の他の目的は、既存のガス化装置によって達成されるよりも高い石炭／ガス効率を達成できる高性能の多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、既存のガス化装置を冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率の点でしのぐ高性能、及段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置を提供することにある。本発明の概要本発明の１態様によれば、特に石炭をガス化して、ガスタービン（一体形ガス化併合サイクルシステム（IGCC）の一部である）での燃焼、又は蒸気発生器などでの燃焼に好適な燃料ガスを生成する際の使用に適合する高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置が提供される。この高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置は、第１容器、この第１容器を包囲して、その間に環状部が形成されるように配置された第２容器、第１容器の下流側に配置され、流体流動関係で第１容器に接続された熱交換器、及び熱交換器の下流側に配置され、流動流体関係で熱交換器に接続された分離器を包含する。第１容器は、チャーの燃焼が主に所望温度1927℃（3500゜F ）で行われ、これにより、ガス化反応が行われる速度を増大させると共に、スラッギングを促進する（これにより、第１容器の一方の端に好適に設けられたスラグタップを通ってスラグが排出される）第１段階を具備する。第１容器はチャーのガス化が主として行われる第２段階も具備する。この第１容器は、さらに、石炭を脱揮発性物質処理する第３段階を具備する。ガス（第１容器の第２段階におけるチャーのガス化によって生成される）は第１容器の第３段階に流動すると共に、ここを通過し、その間に第１容器の第３段階における石炭の脱揮発性物質処理によって生じたチャーを同伴する。チャーを同伴するガスは第１容器の他端から出る。第１容器から出た後、チャーを同伴するガスは熱交換器に流動し、この熱交換器を通過する間に、このチャー同伴ガスと、当該熱交換器に具備された管を通過する水との間で生ずる熱交換によって水蒸気を生成する。熱交換器で生じた水蒸気を第１容器の第１段階及び第２段階へのチャーの輸送に使用する。熱交換器を出た後、チャー同伴ガスは分離器に流動し、通過し、この分離器においてガスからチャーが分離される。ついで、分離器においてガスから分離されたチャーを熱交換器で生じた水蒸気によって第１容器の第１及び第２段階に輸送する。第１容器の第３段階に石炭を輸送するためには空気を使用する。第２容器は圧力格納容器として機能し、第１容器とこの第２容器との間に形成された環状部には好適な加圧媒体が流動され、これにより、第１容器で漏れが生じた場合、加圧流体が環状部から第１容器に流入する。本発明の他の態様によれば、石炭をガス化して、ガスタービン（一体形ガス化併合サイクルシステム（IGCC）の一部である）での燃焼、又は蒸気発生器などでの燃焼に好適な燃料ガスを生成する際の使用に特に採用されるタイプの高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の操作法が提供される。この高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の操作法は、反応容器を用意し、水蒸気によってチャーを反応容器の第１段階に輸送し、輸送したチャーを反応容器の第１段階において所望温度1927℃（3500゜F）で燃焼させて、ガス化反応の速度を増大させると共に、スラッギングを促進し、水蒸気によってチャーを反応容器の第２段階に輸送し、輸送したチャーを反応容器の第２段階においてガス化し、空気によって石炭を反応容器の第３段階に輸送し、輸送した石炭を反応容器の第３段階において脱揮発性物質処理し、反応容器の第３段階における石炭の脱揮発性物質処理で生成したチャーを、反応容器の第２段階におけるチャーのガス化で生成したガスに同伴させ、チャーを同伴するガスを水に対して熱交換関係で流動させて、水を水蒸気とし、チャーを同伴するガスからチャーを分離し、この分離したチャーを反応容器の第１及び第２段階に輸送するために、チャーを同伴するガスを水に対して熱交換関係で流動させた結果として生成した水蒸気を使用し、反応容器を包囲してその間に環状部が形成されるように圧力格納容器を設置し、この環状部に加圧媒体を導入して、反応容器で漏れが生じた際に、加圧媒体が環状部から反応容器に流入するようにすることでなる。図面の簡単な説明図１は、本発明に従って構成した高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の第１の具体例の概略図である。図２は、本発明に従って構成した高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の第２の具体例の概略図である。図３は、本発明に従って構成した高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の第３の具体例の概略図である。好適な具体例の開示図面、特に図１を参照する。この図には、本発明による高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置の１具体例（参照符号10で示される）が図示されている。図１から理解されるように、ガス化装置10は、第１容器（すなわち反応容器）12、第２容器（すなわち圧力格納容器）14、熱交換器16、及び分離器18を包含する。本発明の好適な具体例によれば、反応容器12は、その壁20が溶接によって相互に連結された複数個の管（水が通過する）でなる構造を有する。これにより、反応容器12はガス密閉性の溶接ガス冷却管壁エンクロージャーを構成し、発電所用ボイラーの構成と同様である。発電所用ボイラーと同様にして、反応容器12の壁 20内で、反応容器12の壁20を包含する管を通って流れる水の水蒸気への変換を介して水蒸気が発生される。ついで、この水蒸気を反応容器12自体内での用途及び／又は反応容器12外での用途（たとえば発電所において電力を発生させるため）に利用される。しかしながら、熱（反応容器12内で発生される）によって果たされるべき主な機能が石炭のガス化を行うことであるため、反応容器12は反応容器 12の壁20の内表面上にスラグ層が保持されるようにデザインされる。このスラグ層は、反応容器12の水管壁20における熱吸着を反応容器12内で発生する全熱量の小割合（％）に制限するように作用するものである。図１を参照すると、図示されている反応容器12は３つの相互に連結した域（すなわち段階）（図１の下方から上方に向かって、それぞれ参照符号22、24及び26 で示される）に分画されている。これらの段階22、24及び26を、以後、第１（燃焼器）段階22、第２（ディフューザー）段階24及び第３（還元器）段階26と表示する。初めに、燃焼器段階22にチャー（図１において28で示す）を注入する。チャー 28（後にさらに詳述する）を水蒸気によって燃焼器段階22に輸送する。反応容器 12に供給されるチャーの約２／３がチャー28として燃焼器段階22に入る。一方、空気（燃焼器段階22においてチャーの燃焼を行うために要求される）は、図１の 30で示されるように燃焼器段階22に注入される。燃焼器段階22におけるチャーの燃焼により1927℃（3500゜F）の温度を提供する。このような温度1927℃を達成するため、ここで燃焼されるチャー及び空気の混合物は燃料リッチであることが必要である。現在までは、ガス化装置の燃焼器段階では1649℃（3000゜F）程度の温度を使用することが通常であった。しかしながら、より高い温度（たとえば 1927℃（3500゜F））で操作することによって、反応容器12内で目的のガス化反応が行われる際の速度を増大できる。加えて、高温であることはスラッギングを促進する効果を有する。スラグ（反応容器12内でガス化される石炭中の無機物でなる）は、反応容器12 内を自由に流動できるように溶融状態に維持されなければならない。図１の32で示されるように、反応容器12は、その底部に好適なサイズのスラグタップを具備している。溶融スラグはスラグタップ32を通って反応器12を出る。スラグタップ３２を通過する際、溶融スラグは水充満スラグタンク（図１において参照符号34 に示される）内で冷却され、その結果、不活性なガラス質の粒状物質となる。熱ガス（燃焼器段階22においてチャー及び空気の燃料リッチ混合物の燃焼によって発生する）は反応容器12内を上昇し、燃焼器段階22を出て、反応容器12のディフューザー段階24に入る。図１の36で示すように、追加のチャー（すなわち反応容器12に供給されたチャーの残りの１／３）をディフューザー段階２４に注入する。チャー28と同様に、チャー36を後に詳述するようにして水蒸気によって輸送する。チャー36のガス化がディフューザー段階24で生ずる。このガス化が行われるディフューザー内の温度は1482〜1593℃（2700〜2900゜F）である。反応容器12内で生ずるガス化反応は吸熱性であり、反応速度が低すぎるものとなる時点、すなわち反応容器12内の温度が所望のガス化反応を有効に持続するには低すぎるものとなる時点まで続く。燃焼器段階22の説明に関連して既に指摘したように、反応容器 12内で生ずる温度が高ければ高いほど、ここで生ずるガス化反応は速い。反応容器12、特にそのディフューザー段階24内で生ずるガス化反応が吸熱性であるため、ガスが反応容器12内を上昇し続け、ディフューザー段階24を離れ、還元器26に入るにつれて、ガスの温度はそれぞれ反応容器12の燃焼器段階22及びディフューザー段階24に注入されたチャー28及びチャー36から残留するチャーのガス化を有効に維持するには低すぎる（すなわち1482℃（2700゜F）より小）ものとなる。しかしながら、反応容器12の還元器段階26に入る際のガスは、石炭の脱揮発性物質処理及び揮発性フラクションのクラッキング（このクラッキングはタール及び凝縮性オイルの生成を防止する観点から望ましいものである）を行う目的での使用には充分に高い（すなわち還元器段階26において約927℃（約1700゜F ）である）。従って、反応容器12内でのガス化が望まれる石炭は、このようにして、図１の 38で示すように還元器段階26に導入される。図１のガス化装置10では、石炭38は空気によって還元器段階26に輸送される。しかしながら、必要であれば、石炭38 を水蒸気によって還元器段階26に輸送できることが理解されるべきである（本発明の精神を逸脱しない）。かかる場合には、この目的に使用される水蒸気は、たとえば熱交換器16内で発生された水蒸気の一部でもよい。つづいて、反応容器12の幅は、ガスが反応容器12内を上昇するに当たり反応容器の底における初期速度約９ｍ／秒（30フィート／秒）で反応容器１２内を上昇するように好適なサイズとなっている。この速度は、ガスが反応容器12内を上昇し続けるにつれて低下する。高さの点では、反応容器12は、好ましくはガスが反応容器12内を上昇するに当たり約２〜３秒でその長さを移動できるように、すなわち反応容器12内のガスの滞留時間が２〜３秒程度となるように好適なサイズである。従って、明らかに、所望のガス化反応を反応容器１２内でできる限り迅速に行う必要がある。そうでなければ、チャー36（反応容器12内を上昇するガスに同伴される）がディフューザー段階24から還元器段階26に運ばれることになり、最終的に還元器段階26での石炭の脱揮発性物質処理の結果として形成されたチャーと共に反応容器12の外に運ばれるため、ディフューザー段階で行われるガス化に関連する当該ディフューザー段階におけるチャー36の滞留時間が充分ではないであろう。反応容器12に関する記載を要約すると、水蒸気によって輸送されるチャー28は反応容器12の燃焼器段階22に注入され、ここで空気30（燃焼のため燃焼器段階22 に注入される）によって燃焼され、1927℃（3500゜F）程度の温度とする。チャー28及び空気30の燃焼の結果として生成した熱ガスが燃焼器段階22を出て、反応容器12のディフューザー段階24に入る。ディフューザー段階24において、熱ガス中に存在するCO₂及びH₂Oはチャー36（ディフューザー段階24に注入される）と反応し、その結果、チャー36をガス化させる。ガス化反応（これによりチャー36はガス化される）は吸熱性であり、温度が特定の値（反応速度がチャー36のガス化をさらに有効に行うにはあまりにも低すぎるものとなる）に低下する（すなわち、約1482℃（2700゜F）以下）まで続く。この時点（すなわち温度が約1482℃（270 0゜F）に低下する時点）で、ガス（反応容器12内を上昇する）はディフューザー段階24を出て、反応容器12の還元器段階26に入る。ガスの温度は還元器段階26においてなお充分に高く（約927℃（1700゜F）以上）、還元器段階26に注入された石炭38の迅速な脱揮発性物質処理を行うと共に、揮発性物質フラクションのクラッキング（これにより、タール及び凝縮性オイルの形成を防止する）を行うことができる。反応容器12の還元器段階26を完全に通過した後、チャー（未燃焼炭素及びアッシュの混合物でなる）は、反応容器12内で生成された生成ガス流によって（これに同伴されて）反応容器12の外に運ばれる。反応容器12から、生成ガス流はチャー（なお同伴されている）と共に熱交換器 16に流入し、ここを通過する。なお、熱交換器は、図１に示すように、反応容器 12の下流、さらに詳しくは反応容器12の還元器段階26 の下流に位置するようにガス化装置10に設置されている。公知の様式では、熱交換器16は管（内部を水が流動する）を具備する。従って、反応容器12で生成された生成ガス流（チャーをなお同伴する）は熱交換器16を通過するため、充分な熱を放出して水（熱交換器16の管内を流動する）を水蒸気に変換させる。この水蒸気（熱交換器16内で生成されたもの）の一部（図１において符号40及び42で示す）は、チャー36をディフューザー段階24に、及びチャー28を反応容器12の燃焼器段階22に輸送するために使用される。さらに、熱交換器16内で生成した水蒸気の他の一部（図１において符号44で示す）を、反応容器12と圧力格納容器14との間にある環状部（図１において参照符号46で示す）に供給する（その目的については後述する）。熱交換器を通過した後、なおチャーを同伴する生成ガス流48は分離手段18に流入する。分離手段18はサイクロン形、又は生成ガス流自体からのチャー（この生成物ガス流に同伴されている）の分離を実行できる他の同様の装置でなる。チャーの分離につづいて、生成ガス流（図１の50で示す）は分離手段18を出る。同様に、チャーは分離手段18内で生成ガス流から分離された後、分離手段18を出て、反応器12、さらに詳述すればディフューザー段階24、及び反応容器12の燃焼器段階22に再循環される（それぞれ52及び54として）。このため、先に詳しく述べたように、熱交換器16内で生成された水蒸気の一部を、チャー（分離器18内で生成物ガス流から分離されたもの）を反応容器12のディフューザー段階24及び燃焼器段階22に輸送するために使用する。図１に概略して示したガス化装置10についてさらに述べれば、反応容器12（図１を参照して最も良く理解される）は圧力格納容器14によって包囲されており、これにより、これらの間に環状部46（これについては以前に簡単に説明している）が存在する。環状部46には好適な加圧媒体が充満される。図１に示すガス化装置10の具体例の場合、加圧媒体（44で示す）は水蒸気でなる。さらに、前記の如く、この水蒸気44は、熱交換器16において、チャーを同伴する生成ガス流（反応容器12の還元器段階26から出る際、熱交換器16を通過される）と熱交換器16の管を通過する水との間で生ずる熱交換器によって生成された水蒸気の一部である。環状部46を充満する水蒸気44は、その圧力が反応容器12内の圧力よりも大きいものとなるように好適に加圧されている。このように、環状部46内の水蒸気44が反応容器12内の圧力よりも高い圧力であるため、反応容器12内で漏れが生ずると、この水蒸気44が環状部46から反応容器12に流入する。圧力格納容器14（図１を参照して最も良く理解される）は複数個の開口を有しており、これにより、溶融スラグは水充満スラグタンク34に流入でき、チャー28が反応容器12の燃焼器段階22 に注入され、空気が反応容器12の燃焼器段階22に注入され、チャー36が反応容器 12のディフューザー段階24に注入され、石炭38が反応容器12の還元器段階26に注入され、水蒸気44は反応容器12と圧力格納容器14との間の環状部46に流入でき、チャーを同伴する生成ガス流が反応容器12、さらに詳述すれば還元器段階26を出て、熱交換器16に入ることができる。最後に、反応容器12はその実際の物理的配置は長さ方向に連続していること、及び反応容器12内で生ずる反応の点から、該反応容器12は３つの段階、すなわち燃焼器段階22、ディフューザー段階24及び還元器段階26（これらについては以前に詳述している）で構成されるものとしているが、これら段階の間の境界を、理解を容易なものとするために、図１において仮想の点線56及び58で示してあることが明確に理解されなければならない。なお、図１の点線56は反応容器12内における燃焼器段階22の端とディフューザー段階の始まりのおおよその位置を示すものであり、点線58は反応容器12内におけるディフューザー段階24の端と還元器段階26の始まりのおおよその位置を示すものである。次に、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置の第２の具体例について検討する。検討のため、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置の第２の具体例が参照符号10′で示されている図２を参照する。ガス化装置10′ は構造及び操作法の両方の点で図１のガス化装置10と非常に類似しているため、図１のガス化装置10の部材と同じ図２のガス化装置の部材については、図１及び図２において同じ符号で示してある。図１のガス化装置10と図２のガス化装置10 ′との間の第１の相違点は、図１のガス化装置10では反応容器12と圧力格納容器 14との間に存在する環状部46で使用される加圧媒体が図１の44で示されるように熱交換器16から供給される水蒸気であるのに対し、詳しくは後述するように、反応容器12と圧力格納容器14との間に存在する環状部46で使用される加圧媒体が、反応容器12で生成され、分離器18でチャーが分離された生成ガス流の一部であるとの事実である。説明を続けると、図２のガス化装置10′は、図１のガス化装置10と同様に、第１の（すなわち反応）容器12、第２の（すなわち圧力格納）容器14、熱交換器16 、及び分離器18を包含する。図１のガス化装置10及び図２のガス化装置10′の両方において、反応容器12は、その壁が複数の管（その内部を水が流動すると共に、相互に溶接によって結合されて、ガス密閉性の溶接水冷管壁を構成する）でなる構成を有するものとして具体化されている。さらに、図１のガス化装置10の場合の如く、図２のガス化装置10′の場合にも、チャー28（水蒸気によってここに輸送される）は反応容器12の燃焼器段階22に注入され、ここで空気30（燃焼のため、この燃焼器段階22に注入される）によって燃焼されて、この燃焼器において1927 ℃（3500゜F）程度の温度を生ずる。チャー28及び空気30の燃焼の結果として発生した熱ガスは反応容器12内を上昇し、燃焼器段階22を出て、ディフューザー段階24に入る。ディフューザー段階24において、熱ガス中に存在するCO₂及びH₂Oはチャー36と反応して、チャー36のガス化、すなわち生成ガスの発生が生ずる。ガス化反応（これによりチャー36がガス化する）は吸熱性であり、反応速度がチャー36の更なるガス化を効果的に支持するには遅くなりすぎる（約1482℃（2700゜ F））ものとなるところまで温度が低下するまで続く。この時点で、反応容器12 内を上昇するガスはディフューザー段階24を出て、反応容器12の還元器段階26に入る。還元器段階26内のガスの温度は、石炭（還元器段階に注入される）の迅速な脱揮発性物質処理と共に、その揮発物フラクションのクラッキング（これにより、該フラクションからタール及び凝縮性オイルが形成されることを防止する）を行うにはまだ充分に高い（すなわち約927℃（1700゜F）以上）。反応容器12の還元器段階26を完全に通過した後、還元器段階26内における石炭38の脱揮発性物質処理によるチャー（未燃焼炭素及びアッシュの混合物でなる）を、生成ガス流（反応容器12内で生成したもの）によって、これに同伴させて反応容器12の外に運ぶ。反応容器12から、なおチャーを同伴する生成ガス流を熱交換器16に送り、通過させる。生成ガス流（チャーを同伴させる）が熱交換器 16を通過する間に、この生成ガス流は、熱交換器16の管を通って流れる水を水蒸気に変換するに充分な熱を与える。このようにして熱交換器16で生成された水蒸気の一部（すなわち水蒸気40及び42）は、それそれチャー36をディフューザー段階24に、及びチャー28を燃焼器段階22に輸送するために使用される。熱交換器16 を通過した後、生成ガス流（なおチャーを同伴する）は48で示す如く分離器18に流入する。分離器18は生成ガス流からのチャー（この生成ガス流に同伴されている）の分離を行う。チャーの分離につづいて、生成ガス流（図１及び２において 50で示す）が分離器18から出る。さらに、図２においてガス化装置10′として示す高圧、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置の具体例では、分離器18を出た生成ガス流の一部は、図２の60で図示するように、上述の目的のため、反応容器12と圧力格納容器14との間に存在する環状部46に供給される。分離器18における生成ガス流からの分離につづいて、チャーは、図１及び２において52及び54で示される如く、それぞれ反応容器12のディフューザー段階24及び燃焼器段階22に再循環される。さらに、図２に示すガス化装置10′について述べれば、反応容器12は圧力格納容器14によって好適に包囲されており、これらの間に環状部46が存在する。この環状部46は好適な加圧媒体が充満される。さらに、図２によれば、ガス化装置10 ′の環状部46を充満する加圧媒体は生成ガス60でなる。さらに、前述した如く、生成ガス60は分離器18を出た生成ガス流50の一部でなる。生成ガス60（ガス化装置10′の環状部46を充満する）は、その圧力がガス化装置10′の反応容器12内の圧力よりも高くなるように加圧される。このようにして、漏れによってガス化装置10′の圧力容器12内で圧力が低下すると、生成ガス60は、ガス化装置10′の反応容器12内の圧力よりも大きいため、ガス化装置10′の環状部46からガス化装置 10′の反応容器12に流入する。次に、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置の第３の具体例について述べる。この目的のため特に図３（高性能、加圧、空気ブロー、同伴流動式石炭ガス化装置が参照符号10″で示されている）を参照する。ガス化装置10″はその構造及び操作様式の点で図１のガス化装置10と非常に類似しているため、図１のガス化装置10の部材と同じ図３のガス化装置10″の部材については、図１及び図３の両方で同じ参照符号で示す。図１のガス化装置10と図３のガス化装置10″との第１の差異は、図１のガス化装置10を構成する部材のすべてを包含することに加えて、図３のガス化装置10″は、さらにイオウ除去手段（図３において参照符号62で示す）及びスラグバッフル手段（図３において参照符号64で示す）を具備することである。図３のガス化装置10″ の説明に関連して、図１のガス化装置10を構成し、かつ図３のガス化装置10″を構成する共通の部材の説明については再度記述することは必要ないものと考えられる。かかる部材の説明がここで必要である場合には、この目的のため、図１のガス化装置10の説明に関連して述べた記載を参照する。このため、図３のガス化装置10″の説明では、当該ガス化装置10″のイオウ除去装置62及びスラグバッフル手段64に限定して述べる。初めに図３に示す第３の具体例に従ってイオウ除去装置62を説明すると、このイオウ除去装置62は、好ましくはガス化装置10″の反応容器12の還元器段階26に石灰及び／又はドロマイトを注入する手段を包含する。このように、石灰及び／又はドロマイトを注入する目的は、ガス化装置10″の反応容器12内で生成したガス中に含有されるイオウを捕集することである。すなわち、石灰のカルシウムは、たとえばガス（ガス化装置10″ の反応容器12内で生ずる）に含有されるイオウと反応してイオウ化合物を生成する。一方、これらイオウ化合物はチャーと共に生成ガスに同伴されるようになり、生成ガスによりガス化装置10″ の反応容器12の外に運ばれる。その後、チャーと同様に、イオウ化合物は生成ガス中に同伴されたまま生成ガス流として熱交換器16に供給され、通過する。熱交換器16から、同伴されたチャー及びイオウ化合物の両方を含有する生成ガスは、図３の48″で示すように分離器１８に流入し、ここでチャー及びイオウ化合物の両方が生成ガスから分離される。最後に、生成ガス（図３において50で示す）は分離器18から出て、チャー及びイオウ化合物は分離器18を出て、図３の52″ 及び54″で示すようにそれぞれガス化装置10 ″の反応容器12のディフューザー段階24及び燃焼器段階22に再循環される。チャー28及び36と共にガス化装置10″の反応容器12に再循環されたイオウ化合物は、スラグタップ32を通ってスラグの一部として反応容器から排出される。次に、図３に示す具体例によるスラグバッフル手段64について述べれば、このスラグバッフル手段64は、好ましくはガス化装置10″の反応容器12のディフューザー段階24内に好適に配置されたバッフルを包含する。ガス化装置10″の反応容器12の側壁20に対して好適な間隔を置いてディフューザー段階24内で目的のバッフルを支持するために、かかる目的の使用に好適な各種の公知の形状の支持手段を利用できる（図における説明の明確性を維持するために図示していない）。支持されると、バッフルはガス化装置10″の中心部をブロックする。このように、ガス化装置10″の反応容器12のディフューザー段階24から燃焼器段階22に落下するスラグはスラグタップ開口32の外方位置に落下し、これにより、スラグがガス化装置10″の反応容器12のスラグタップ開口32に自由に流動しかつ通過できるように充分に加熱される適正な時間的猶予が与えられる。このように、本発明によれば、石炭をガス化して、ガスタービン（一体形ガス化併合サイクルシステム（IGCC）の一部を構成する）での燃焼又は蒸気発生器及び同様の装置での燃焼に好適な燃料ガスを生成する新規かつ改善された装置が提供される。加えて、本発明によれば、同伴流動式のかかるガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、加圧される同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、多段階で具体化される加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、チャーの燃焼が1927℃（3500゜F）の所望温度で行われ、これによりガス化反応が行われる際の速度が増大されると共に、スラッギングが促進される第１段階を包含する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、チャーのガス化が行われる第２段階を包含する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、石炭が脱揮発性物質処理される第３段階を包含する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、第１段階及び第２段階へチャーを輸送するために水蒸気が使用される多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、チャーを同伴するガスが第３段階を出た後に通過されて水蒸気（これ自体は第１段階及び第２段階へのチャーの輸送を行うために使用される）を生成する熱交換器を包含する多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、石炭を第３段階へ輸送するために空気が使用される多段階、加圧、同伴流動式ガス化装置が提供される。さらに、本発明によれば、既存の形状のガス化装置で達成されるよりも高い石炭／ガス効率を達成できる高性能であることによって特徴づけられる多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置が提供される。最後に、本発明によれば、冷ガス効率、熱ガス効率及び炭素変化率の点で既存の形状のガス化装置をしのぐことを特徴とする高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置が提供される。本発明のいくつかの具体例を例示したが、当業者によりその変更（そのいくつかについてはこの明細書で示唆されている）が容易になされるものであることは当然である。従って、請求の範囲により、ここで示唆されている変更と共に、本発明の精神の範囲に属する他の変更を保護するものである。

【手続補正書】【提出日】１９９５年６月２８日【補正内容】請求の範囲１石炭をガス化して生成ガスを生成する高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10）において、ａ）チャーを燃焼させてスラグを生成すると共に、約1927℃（3500゜F）の温度を発生させる第１段階（22）、チャーをガス化させて生成ガスを生成する第２段階（24）及び石炭を脱揮発性物質処理してチャーを生成する第３段階（26）を具備する第１容器（12）であって、チャー（28）を前記第１段階（22）に注入するための第１チャー注入手段、チャー（28 ）の燃焼に必要な空気（30）を前記第１段階（22）に注入するための空気注入手段、チャー（36）を前記第２段階（24）に注入するための第２チャー注入手段、石炭（38）を前記第３段階（26）に注入するための石炭注入手段、当該第１容器（12）からスラグを排出するための該第１容器（12）の第１の位置に設けられたスラグタップ手段（32）、及び当該第１容器（12）からチャーを同伴する生成ガスを排出するための該第１容器（12）の第２の位置に設けられた出口手段を包含する第１容器（12）と；ｂ）前記第１容器（12）を包囲する関係で配置されて、前記第１容器（12）との間で環状部（46）を形成し、該環状部（46）には、前記第１容器（12）に存在する圧力よりも高い圧力を有する媒体が充満されており、前記第１容器（12）で漏れが生じた場合に、前記媒体が当該環状部（46）から第１容器（12）内に流入できる第２容器（14）と；ｃ）前記第１容器（12）の下流側に配置されると共に、該第１容器に対して、この第１容器からチャーを同伴する生成ガスを受け取るように流体流動関係で接続された熱交換手段（16）であって、該熱交換手段（16）はチャーを同伴する生成ガスが通過する際に水蒸気を生成するように作用し、この生成した水蒸気を排出する出口手段を包含する熱交換手段（16）と；及びｄ）前記熱交換手段（16）の下流側に配置されると共に、該熱交換手段に対して、この熱交換手段からチャーを同伴する生成ガスを受け取るように流体流動関係で接続された分離手段（18）であって、該分離手段（18）は生成ガスからチャーを分離するように作用し、生成ガス（50）を該分離手段（18）から排出するための第１出口手段及びチャーを該分離手段（18）から排出するための第２出口手段を包含し、前記第２出口手段は前記熱交換手段（16）の出口手段に対して及び前記第１容器（12）の前記第１チャー注入手段及び前記第２チャー注入手段に対して流動流体関係で接続されて、前記熱交換手段（16）で生成された水蒸気（42，40）を、前記第１容器（12）の第１段階（22）へ注入するための前記第１チャー注入手段及び前記第１容器（12）の第２段階（24）へ注入するための前記第２チャー注入手段に、該分離手段で分離されたチャー（54，52）を輸送するために使用するに使用する分離手段とを包含することを特徴とする、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10）。２請求項１記載のものにおいて、前記第１容器（12）の第３段階（26）に注入される石炭（38）が空気によって前記石炭注入手段に輸送される、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10）。３請求項１記載のものにおいて、前記第１容器（12）の第３段階（26）に注入される石炭（38）が水蒸気によって前記石炭注入手段に輸送される、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10）。４請求項１記載のものにおいて、前記環状部（46）が、前記熱交換手段（16）の出口手段に対して、前記熱交換手段（16）からの水蒸気（44）を受け取るように流体流動関係で接続されて、これにより該環状部（46）を充満する媒体が水蒸気（44）である、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（ 10）。５請求項１記載のものにおいて、前記環状部（46）が、前記分離手段（18）の第１出口手段に対して、前記分離手段（18）からの生成ガス（60）を受け取るように流体流動関係で接続されて、これにより該環状部（46）を充満する媒体が生成ガス（60）である、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10′）。６請求項１記載のものにおいて、さらにイオウ除去手段（62）を包含し、このイオウ除去手段（62）が、石灰／ドロマイトを前記第１容器（12）の第３段階（26）に注入して、石灰／ドロマイトを前記第１容器（ 12）中に存在するイオウと反応させてイオウ化合物を生成し、このイオウ化合物を前記第１容器（12）内の生成ガスに同伴させ、生成ガスと共に出口手段を介して第１容器（12）から排出する石灰／ドロマイト注入手段（62）を包含するものである、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10″）。７請求項１記載のものにおいて、さらにスラグバッフル手段（64）を包含し、このスラグバッフル手段（64）が、前記第１容器（12）の第２段階（24）内に側壁（20）に対して空間を置いて支持されたスラグバッフルを包含してなり、前記第１容器（12）の中央部をブロックして、前記第２段階（24）から前記第１容器（12）の第１段階（22）へ落下するスラグが前記第１容器（12）内のスラグタップ開口（32）の外方に落下するようにするものである、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10″）。８石炭をガス化して生成ガスを生成する高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置（10）を操作する方法において、ａ）第１段階（22）、第２段階（24）及び第３段階（26）を具備する第１容器（12）を用意し、ｂ）容器（12）の第１段階（22）にチャー（28）を注入し、ｃ）容器（12）の第１段階（22）に空気（30）を注入し、ｄ）第１容器（12）の第１段階（22）においてチャー（28）及び空気（30）を燃焼させてスラグを生成し、ｅ）第１容器（12）の第２段階（24）にチャー（36）を注入し、ｆ）第１容器（12）の第２段階（24）においてチャー（36）のガス化を行って生成ガスを生成し、ｇ）第１容器（12）の第３段階（26）に石炭（38）を注入し、ｈ）第１容器（12）の第３段階（26）で石炭（38）の脱揮発性物質処理を行ってチャーを生成し、ｉ）第１容器（12）からスラグ（32）を排出し、ｊ）第１容器（12）から同伴したチャーと共に生成ガスを排出し、ｋ）第１容器（12）を包囲して該第１容器との間で環状部（46）を形成する関係で第２容器（14）を設け、ｌ）前記環状部（46）に、第１容器（ 12）内の圧力よりも高い圧力を有し、第１容器（12）内で漏れが生じた際に該環状部（46）から第１容器（12）に流入する媒体を充満させ、ｍ）第１容器（12）の下流側に流体流動関係で接続された第１容器からチャーを同伴する生成ガスを受け取る熱交換器（16）を設け、ｎ）この熱交換器（16）においてチャーを同伴する生成ガスが通過する間に水蒸気を生成し、ｏ）熱交換器（16）から水蒸気を排出し、ｐ）熱交換器（16）の下流側に流体流動関係で接続された熱交換器からチャーを同伴する生成ガスを受け取る分離器（18）を設け、ｑ）該分離器（18）において生成ガスからのチャーの分離を行い、ｒ）分離器（18）から生成ガス（50）を排出し、ｓ）分離器（18）からのチャー（54， 52）を熱交換器から排出された水蒸気流（42，40）に排出して、この水蒸気（42 ，40）を第１容器（12）の第１段階（22）及び第２段階（24）へチャー（54，52 ）を輸送するために使用する、石炭ガス化装置（10）の操作法。９請求項８記載の方法において、第１容器（12）の第１段階（22）におけるチャー（28）及び空気（30）の燃焼により約1927℃（3500゜F）の温度を発生させる、石炭ガス化装置の操作法。 10 請求項９記載の方法において、第１容器（12）の第２段階（24）における温度が1482〜1593℃（2700〜2900゜F）以上である、石炭ガス化装置の操作法。 11 請求項10記載の方法において、第１容器（12）の第３段階（26）における温度が927℃（1700゜F）以上である、石炭ガス化装置の操作法。 12 請求項８記載の方法において、第１容器（12）の第３段階（26）に注入するために石炭（38）を第１容器（12）に輸送するに当たり空気を使用する、石炭ガス化装置の操作法。 13 請求項８記載の方法において、第１容器（12）の第３段階（26）に注入するために石炭（38）を第１容器（12）に輸送するに当たり水蒸気を使用する、石炭ガス化装置の操作法。 14 請求項８記載の方法において、熱交換器（16）から排出された水蒸気（44）を、第１容器（12）と第２容器（14）との間に存在する環状部（46）を充満する媒体として使用する、石炭ガス化装置の操作法。 15 請求項８記載の方法において、分離器（18）から排出された生成ガス（60）を、第１容器（12）と第２容器（14）との間に存在する環状部（46）を充満する媒体として使用する、石炭ガス化装置の操作法。 16 請求項８記載の方法において、さらに、第１容器（12）の第３段階（26）に石灰／ドロマイト（62）を注入して、第１容器（12）内に存在するイオウと反応させてイオウ化合物を生成し、つづいて第１容器（12）から生成ガスと共に排出する、石炭ガス化装置の操作法。 17 請求項８記載の方法において、さらに、第１容器（12）の第２段階（24）内にスラグバッフル（64）を支持して第１容器（12）の中央部をブロックし、第２段階（24）から第１容器（12）の第１段階（22）に落下するスラグを第１段階の中央部から外方に落下させる、石炭ガス化装置の操作法。

Claims

【特許請求の範囲】１石炭をガス化して生成ガスを生成する高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置において、ａ）チャーを燃焼させてスラグを生成すると共に、約1927℃（3500゜F）の温度を発生させる第１段階、チャーをガス化させて生成ガスを生成する第２段階及び石炭を脱揮発性物質処理してチャーを生成する第３段階を具備する第１容器であって、チャーを前記第１段階に注入するための第１チャー注入手段、チャーの燃焼に必要な空気を前記第１段階に注入するための空気注入手段、チャーを前記第２段階に注入するための第２チャー注入手段、石炭を前記第３段階に注入するための石炭注入手段、当該第１容器からスラグを排出するための該第１容器の第１の位置に設けられたスラグタップ手段、及び当該第１容器からチャーを同伴する生成ガスを排出するための該第１容器の第２の位置に設けられた出口手段を包含する第１容器と；ｂ）前記第１容器を包囲する関係で配置されて、前記第１容器との間で環状部を形成し、該環状部には、前記第１容器に存在する圧力よりも高い圧力を有する媒体が充満されており、前記第１容器で漏れが生じた場合に、前記媒体が当該環状部から第１容器内に流入できる第２容器と；ｃ）前記第１容器の下流側に配置されると共に、該第１容器に対して、この第１容器からチャーを同伴する生成ガスを受け取るように流体流動関係で接続された熱交換手段であって、該熱交換手段はチャーを同伴する生成ガスが通過する際に水蒸気を生成するように作用し、この生成した水蒸気を排出する出口手段を包含する熱交換手段と；及びｄ）前記熱交換手段の下流側に配置されると共に、該熱交換手段に対して、この熱交換手段からチャーを同伴する生成ガスを受け取るように流体流動関係で接続された分離手段であって、該分離手段は生成ガスからチャーを分離するように作用し、生成ガスを該分離手段から排出するための第１出口手段及びチャーを該分離手段から排出するための第２出口手段を包含し、前記第２出口手段は前記熱交換手段の出口手段に対して及び前記第１容器の前記第１チャー注入手段及び前記第２チャー注入手段に対して流動流体関係で接続されて、前記熱交換手段で生成された水蒸気を、前記第１容器の第１段階へ注入するための前記第１チャー注入手段及び前記第１容器の第２段階へ注入するための前記第２チャー注入手段に、該分離手段で分離されたチャーを輸送するために使用するに使用する分離手段とを包含することを特徴とする、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。２請求項１記載のものにおいて、前記第１容器の第３段階に注入される石炭が空気によって前記石炭注入手段に輸送される、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。３請求項１記載のものにおいて、前記第１容器の第３段階に注入される石炭が水蒸気によって前記石炭注入手段に輸送される、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。４請求項１記載のものにおいて、前記環状部が、前記熱交換手段の出口手段に対して、前記熱交換手段からの水蒸気を受け取るように流体流動関係で接続されて、これにより該環状部を充満する媒体が水蒸気である、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。５請求項１記載のものにおいて、前記環状部が、前記分離手段の第１出口手段に対して、前記分離手段からの生成ガスを受け取るように流体流動関係で接続されて、これにより該環状部を充満する媒体が生成ガスである、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。６請求項１記載のものにおいて、さらにイオウ除去手段を包含し、このイオウ除去手段が、石灰／ドロマイトを前記第１容器の第３段階に注入して、石灰／ドロマイトを前記第１容器中に存在するイオウと反応させてイオウ化合物を生成し、このイオウ化合物を前記第１容器内の生成ガスに同伴させ、生成ガスと共に出口手段を介して第１容器から排出する石灰／ドロマイト注入手段を包含するものである、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。７請求項１記載のものにおいて、さらにスラグバッフル手段を包含し、このスラグバッフル手段が、前記第１容器の第２段階内に側壁に対して空間を置いて支持されたスラグバッフルを包含してなり、前記第１容器の中央部をブロックして、前記第２段階から前記第１容器の第１段階へ落下するスラグが前記第１容器内のスラグタップ開口の外方に落下するようにするものである、高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置。８石炭をガス化して生成ガスを生成する高性能、多段階、加圧、空気ブロー、同伴流動式ガス化装置を操作する方法において、ａ）第１段階、第２段階及び第３段階を具備する第１容器を用意し、ｂ）容器の第１段階にチャーを注入し、ｃ）容器の第１段階に空気を注入し、ｄ）第１容器の第１段階においてチャー及び空気を燃焼させてスラグを生成し、ｅ）第１容器の第２段階にチャーを注入し、ｆ）第１容器の第２段階においてチャーのガス化を行って生成ガスを生成し、ｇ）第１容器の第３段階に石炭を注入し、ｈ）第１容器の第３段階で石炭の脱揮発性物質処理を行ってチャーを生成し、ｉ）第１容器からスラグを排出し、ｊ）第１容器から同伴したチャーと共に生成ガスを排出し、ｋ）第１容器を包囲して該第１容器との間で環状部を形成する関係で第２容器を設け、ｌ）前記環状部に、第１容器内の圧力よりも高い圧力を有し、第１容器内で漏れが生じた際に該環状部から第１容器に流入する媒体を充満させ、ｍ）第１容器の下流側に流体流動関係で接続された第１容器からチャーを同伴する生成ガスを受け取る熱交換器を設け、ｎ）この熱交換器においてチャーを同伴する生成ガスが通過する間に水蒸気を生成し、ｏ）熱交換器から水蒸気を排出し、ｐ）熱交換器の下流側に流体流動関係で接続された熱交換器からチャーを同伴する生成ガスを受け取る分離器を設け、ｑ）該分離器において生成ガスからのチャーの分離を行い、ｒ）分離器から生成ガスを排出し、ｓ）分離器からのチャーを熱交換器から排出された水蒸気流に排出して、この水蒸気を第１容器の第１段階及び第２段階へチャーを輸送するために使用する、石炭ガス化装置の操作法。９請求項８記載の方法において、第１容器の第１段階におけるチャー及び空気の燃焼により約1927℃（3500゜F）の温度を発生させる、石炭ガス化装置の操作法。 10 請求項９記載の方法において、第１容器の第２段階における温度が1482〜15 93℃（2700〜2900゜F）以上である、石炭ガス化装置の操作法。 11 請求項10記載の方法において、第１容器の第３段階における温度が927℃（1 700゜F）以上である、石炭ガス化装置の操作法。 12 請求項８記載の方法において、第１容器の第３段階に注入するために石炭を第１容器に輸送するに当たり空気を使用する、石炭ガス化装置の操作法。 13 請求項８記載の方法において、第１容器の第３段階に注入するために石炭を第１容器に輸送するに当たり水蒸気を使用する、石炭ガス化装置の操作法。 14 請求項８記載の方法において、熱交換器から排出された水蒸気を、第１容器と第２容器との間に存在する環状部を充満する媒体として使用する、石炭ガス化装置の操作法。 15 請求項８記載の方法において、分離器から排出された生成ガスを、第１容器と第２容器との間に存在する環状部を充満する媒体として使用する、石炭ガス化装置の操作法。 16 請求項８記載の方法において、さらに、第１容器の第３段階に石灰／ドロマイトを注入して、第１容器内に存在するイオウと反応させてイオウ化合物を生成し、つづいて第１容器から生成ガスと共に排出する、石炭ガス化装置の操作法。 17 請求項８記載の方法において、さらに、第１容器の第２段階内にスラグバッフルを支持して第１容器の中央部をブロックし、第２段階から第１容器の第１段階に落下するスラグを第１段階の中央部から外方に落下させる、石炭ガス化装置の操作法。