JPS63173805A - 電力発生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 この発明は加水熱分解（ｈｙｄ　ｒｏＤｙｒｏ　Ｉ　ｙ
ｓ　ｉ　ｓ　）を利用する電力発生システムおよび方法
、さらに詳しくは、加水熱分解から得られる燃料ガスが
別の領域において燃焼されると共に、得られた煙道ガス
がガスタービンを駆動するようにしたシステムおよび方
法に関する。

機械的および熱的エネルギーを発生する方法は種々存在
し、また異なる燃料を利用するシステムが多数存在して
いる。これらの従来のシステムは多くの欠点を有してい
る。

ａ）清浄燃料を利用するシステム 典型的なガスタービン共発生（ｃｏｑｅｎｅｒａｔ　ｉ
ｏｎ　）システム、すなわち有用な機械的および熱的エ
ネルギーを発生するシステムは、低い硫黄および灰含有
量の清浄燃料を利用している。天然ガスまたはＮｏ、　
２燃料油は、標準的な共発生技術に適する２種の燃料で
ある。これらの燃料は残念ながら高価でおると共に、石
炭のような他の可能な燃料源のように豊富ではない。タ
ービン共発生システムにおいて、タービンは、燃焼室へ
空気を供給する圧縮機、および発電機を駆動する。空気
は、タービン流入口温度を制御するために、燃料を完全
燃焼するのに必要な化学伍論的流ｉの２倍を越える瓜で
、燃焼室へ供給される。排気は１気圧より少し高い圧力
、およびほぼ５５０’Ｃの温度でタービンから放出され
、次いで複数の熱回収ボイラーを通過されて、蒸気ター
ビン発電機を運転するのに十分な圧力および温度を発生
するようになっている。このタイプのシステムの効率は
一般的に約４０％より低い。

従来のシステムは冷却塔と蒸気凝縮装置を必要としてお
り、この蒸気凝縮装置では気化熱が大気中に廃棄される
と共に、凝縮物がボイラー給水システムに戻される。プ
ロセス蒸気が必要な場合、これは必要な圧力で抽出され
、また気化熱はプロセス中で廃棄される。これによりシ
ステムの熱効率は増大するが、電気出力は減少する。

ボイラー給水（ＢＦΔ）および補給水には鉱物およびガ
スが存在している。フィルタ処理、脱イオン化、脱気お
よび掃気がボイラー用Ｂ開を用意するのに必要になる。

システムから沈降固形物を除去するためにブローダウン
が必要になる。

このタイプの簡単な共発生システムは、高い窒素酸化物
（ＮＯＸ）生成をはじめとする多くの厳しい困難を有し
ている。従来のガスタービン燃焼装置における高い火炎
温度により、たとえ滞留時間が短くても、１１００ｐｐ
を越えるＮＯＸを発生させることになる。いくつかの環
境基準は約５０　ｐｐｍ以下への減少が要求され、最大
火炎温度の制御のために水の噴射が必要になる。この処
理により、もし適切に実施されなければ、システム内の
エネルギーを低減するかも知れない。

ＮＯＸを約ｉｏｐｐｍ以下に低減するには選択的な接触
還元が必要になる。

前述の従来のガスタービンシステムにおける有効な改良
の一つは、二重流体サイクルである。

この二重流体サイクルは、燃焼室内へ蒸気を噴射するこ
とによりガスタービンの電力出力および熱効率を増大し
ており、したがってシステムの比出力が増大される。例
えば、チェノ（Ｃｈｅｎｑ　）サイクルは、タービン排
気を従来の熱回収蒸気発生装置（ＨＲ３Ｇ）へ導入する
。ここで約５４０℃の排気が約４３０℃の蒸気を発生す
る。

この蒸気は燃焼室内へ噴射され、この室内で過剰空気お
よび追加燃料と混合される。燃料に対する蒸気の比率は
、約８までにされる。燃焼後、ガスはタービンを通して
膨張し、６０％までの電力増加をもたらす。タービン流
入口温度が燃料流量の１８％の増大により維持されてい
るテストにおいで、約４０％の熱効率が達成された。

これは従来のガスタービン共発生に対する一つの改良で
ある。

チェン丈イクルは従来のガスタービンシステムより多工
の燃料を利用するが、タービンの流入口温度を約９８０
℃より低温に保持するために既に燃焼室内に存する空気
に対して、付加的な圧縮コス１〜はかからない。従来の
ガスタービンの比出力を改善することにより、エネルギ
ー生産量を増大しながら固定費は同一に維持される。

二重流体サイクルを用いることにより、ＮＯＸは水噴射
と略同じだけ減少されるが、蒸気は人気中へ失われる。

これにより１００％の補給を必要とし、補給水および水
処理システムに要求されるものの数倍の容量およびコス
トを要求する。

これらの問題は、従来のガスタービン共発生システムに
お【プる清浄燃料の必要性と共に、この発明において解
消しようとすることである。

前述の従来の共発生システムおよび二重流体ザイクルは
、燃料油のような［臨界燃料（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｕ
ｅｌ　）　Ｊを利用しなければならない欠点を有してい
る。石炭のような非清浄燃料が清浄エネルギー源として
利用できれば有利である。

ｂ）非清浄燃料システム 石炭のような安価な非清浄燃料の燃焼、熱分解およびガ
ス化のために流動床が利用されている。床が再循環固形
物により補充されている場合、これは「循環床」と呼ば
れる。広範囲の粒子サイズおよび密度を有する床は、比
較的大径および緻密粒子からなるバブリング床、および
比較的小径および軽量粒子からなる再循環床でもって運
転され得る。これは多種固形物流動床（Ｉ（ＳｒＢ）技
術の原理である。流動床は等温状態に近い状態で運転さ
れる。低温固形物および高温ガスが流動床反応装置に流
入する場合でも、床中のどの位置の温度でも相互に数度
の範囲内にある。

この技術の欠点の一つは、床内伝熱面の摩滅で、これは
ガス流に対して４５％の接線角度において最悪である。

動力学的に安定された準定常状態の固体粒子群の上昇ガ
ス流中の懸濁物をプロセス技術手段として利用すること
は、あらゆる工業国における化学的製造、石油処理およ
び冶金学分野において良く知られている。これは他の触
媒化学処理および金属鉱石の還元に適用されている。適
用例にかかわらず、あらゆる流動床ユニットは同一の基
本要素を備えている。

すなわち、底部において流動床内へ噴射されるのに必要
な圧力で流動ガスを包含するブレナム（空間）、流動室
上方の流動室、および必要な運転圧力におけるフリーボ
ード部分を備えている。

これらの基本要素に加えて、ガスの噴射用および除去用
ノズル、および固体材料導入および除去装置が設けられ
ている。

流動床反応装置は、高灰燃料からの鉱物物質、砂または
有害燃焼生成物と反応してそれを捕集する物質のような
不燃性粒子を利用する燃焼に用いられるようになってい
る。これは大気圧または数バールの圧力において運転す
ることができる。大気圧において運転される流動床は良
好に開発されており、多くの商業的運転において工業ボ
イラーおよび焼却炉として利用されている。

加圧流動床燃焼装置（ＰＦＢＣ）は・部分な開発がなさ
れていない。ＰＦＢＣにおいては、燃焼空気は０．３〜
１．８ＭＰａ　　（３〜１８バール）の昇圧状態でプレ
ナムに流入し、空気分配プレート（または格子体）を通
過して、高温粒子流動床（約７８５〜９８０℃）へ送ら
れる。典型的には、ＰＦＢＣにおける床粒子は部分的に
硫酸化された吸収剤（ｓｏｒｂｅｎｔ　）から形成され
ており、この吸収剤は反応装置内で石灰が燃焼する時に
放出されるＳ０２と反応するために添加される。ＰｒＢ
Ｃにおいて、好ましい吸収剤はドロマイト（ＣａＣＯ３
’ＭＱＣＯ３）ｒ”ある。いくらかの灰および未燃焼炭
素粒子も床中に存在している。

燃料、典型的には石炭が吸収剤と共に継続的に燃焼装置
に添加される。

石炭が燃焼する時、燃焼熱の一部は、流動床中に挿入さ
れた熱交換チューブ束のチューブ内を流動する流体、す
なわら空気または水を加熱することにより取出される。

流出高温煙道ガスのエネルギーの一部は、ガスタービン
を介して燃焼装置から流出し、このガスタービンは電気
を発生ｌることかできる。

ガスタービンからの流出物は蒸気発生装置において冷却
され、この発生装置により蒸気タービンが供給される。

ガスおよび蒸気タービンの両者が利用されるシステムは
、時に「ターボチヤーンされた」サイクルと呼ばれる。

高湿度液体および固体廃棄物の共同処分は、完全酸化の
ために必要な温度および空気を提供するアフターバーナ
を僅える熱分解（亜化学最論的空気）モードで運転され
る流動床システムにおいて実施できる。これは空気抑制
された焼却炉に類似している。さらに、ある種の危険な
廃棄物が低コストで完全な処分が行なわれるように、流
動床処理が行なわれる。

概念的に、組合せサイクル・プラントに対して流動床か
ら燃焼熱を取出すにあたり３つの方法がある。最初の２
つは、流動床内に直接配置された熱交換装置を利用して
いる。第１の場合、蒸気を発生するために水が流動床内
へ送られる。

燃焼熱を取出す第２方法は、床内熱交換装置の空気の加
熱によるものである。燃焼熱を取出す最後の方法は、熱
交換装置を必要としないで燃焼熱を取出すために過剰空
気を供給することである。組合せサイクル・プラントは
典型的には、蒸気タービンを介して７０％の電気出力を
、そして残りの３０％を、燃焼用空気圧縮機を駆動する
ガスタービンを介して清浄高温煙道ガスを膨張すること
により発生する。

空冷設計形態においては、床内交換装置内で加熱される
空気は高温清浄煙道ガスと組合わされる。約２／３の加
熱された空気および１／３の燃焼ガスからなる混合体は
ガスタービンを通して膨張され、このガスタービンは発
電機および燃焼用と冷却用空気のための空気圧縮機を駆
動する。タービンから流出するガスは廃熱ボイラーへ流
入し、そこで蒸気が発生されて、蒸気タービンを駆動す
るようになっている。プラントの電気出力の約６０％が
空気タービンにおいて、そして残りの４０％は蒸気ター
ビンにおいて発電される。

第３の設計形態を用いると、燃焼熱は、必要化学量の２
００％までの過剰空気を流動床反応装置に通過させるこ
とにより取出される。熱交換装置は用いられておらず、
高温清浄煙道ガスはガスタービンを通して膨張し、それ
から廃熱ボイラーに流入して、タービン用蒸気を発生す
る。

この方法の欠点は空気圧縮機に対する付随的動力損失が
高いことである。

燃焼タービンの正味出力は、タービン出力から空気圧縮
機入力を減じたものに基づいている。

１１５０℃までの流入口温度において運転される従来の
ガスタービンは、流入口温度を１ｉｉＪ御するために過
剰空気を必要゛としている。メタン燃料を利用する時は
、約６４までの空気／燃料重量比が必要になる。これは
化学辺的燃焼に対して３倍を越える理論空気量である。

したがって、従来のサイクルの出力は、タービン流入口
温度の制御の必要性により−り限される。タービン流入
口温度が高ければ、サイクル効率は高くなり、かつＰＦ
ＢＣシステムの清浄運転温度を越えている。

ここに記載される発明の目標の一つは、ガスタービンの
比出力を増大し、したがってより多但の正味仕事量（エ
クセルギー（ｅＸｅｒ（ＩＶ）　）が燃料から得られる
ようにすることである。比出力は空気０．４５ｋ（１（
１ポンド）当りの仕事畠出乃として定義される。従来の
ガスタービンエンジンにおいては、利用される空気のほ
とんどは、流入口温度を制御するために利用される。

既知システムにおける別の問題は、残留炭素を酸素によ
り燃焼することにより炭素転換を最大にしようとする処
理にお【ノる灰の凝集でおる。

石炭灰が灰の軟化温度より高温に加熱されると、灰は凝
集または焼結を始める。ある処理においては、処理過程
から灰を除去するためにこの現象に依存することがある
。ケーキング作用と同様に、凝集作用により、反応装置
が機能しなくなり、あるいは灰取出しシステムを詰まら
せる大きな塊またはタリン力−が形成されてしまう。

この発明においては、加水熱分解領域に高速で固形物を
循環させることにより凝集が効果的に防止される。

流動床反応装置における歴青炭のケーキング状態は、従
来の反応装置において別の困難をもたらす。化学的還元
雰囲気中での加熱により、石炭粒子表面は溶融し、粘着
性を生じる。流動床反応装置において、石炭のケーキン
グにより前記床は大ぎな塊に合体し、結果として反応装
置が機能しなくなる。粘結炭の取扱いは、炭化水素化処
理の開発に対して厳しい障害となると共に、このタイプ
の処理を不首尾にする原因となる主要ファクターの一つ
である。多段ステージ、再循環床、通風チューブおよび
酸化予備処理を利用することにより、前述の問題を克服
する試みがなされている。これらの解決法は、すべての
粘、結炭に対して満足できるものではない。

石炭の予備酸化は技術的に可能であるが、この予備処理
は可燃性ガス収量を著しく低減させる。

この発明においては、粘結炭を水とのスラリー状にして
噴射することにより、効果的にケーキングを防止してい
る。

エネルギーを発生するために加圧流動床反応装置を利用
する従来の試みにおける別の問題は、パイプ装置および
熱交換装置に蓄積する炭素付着問題である。この蓄積は
詰まりの原因になり、熱交換装置の伝熱能力を厳しく損
うことになる。

炭素は配管または熱交換装置に対して、以下の良く知ら
れた反応の一つを介して付着する：２ＣＯ−）ＣＯ２＋
Ｃ ＣＨ４→２Ｈ２十〇 ＣＯ＋Ｈ−１−＋８２０　（Ｑ　＞　＋　Ｃ通常、十分
な水素および蒸気がそれぞれ、終りの２つの反応を逆に
進ませるために利用できる。一般に、ガス混合体の成分
は、ガスの温度が約７００℃を越える場合、水−ガスシ
フト反応に関して平衡状態にある： ＧＯ＋Ｈ２０（ｇ）→町＋ＣＯ２ ガス中の一酸化炭素の濃度は、蒸気および二酸化炭素の
濃度、および反応温度により決定される。商業的なガス
の生産は下式により行なわれる： Ｃ＋−０（ｃ［→町十ＣＯ 過剰蒸気を利用することが炭素の形成を防止する助けに
なることが解っており、また、前述のシフト反応を介し
て一酸化炭素を二酸化炭素に転換することが有利である
。過剰蒸気は、スラリーとして燃料と共に導入される水
の直接蒸発により、その場において発生させることがで
きる。反応混合物中のいかなる二酸化炭素含有量に対し
ても、低温および高蒸気含有量は、この同一のＧＯと蒸
気の反応を介して高パーセンテージの付加二酸化炭素お
よび水素を含むガスの形成に好ましく作用する。

硫黄吸収剤を利用することにより加水熱分解生成物の硫
黄含有量を低減させる試みがいくつかなされている。こ
れらの方法のいずれも、完全な脱硫をもたらす吸収剤を
見出す点に成功していない。清浄空気の適用例において
要求される最良制御技術（Ｂｅｓｔ　Ａｖａｉｌａｂｌ
ｅ　ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏ　ｌ　ｏｇｙ　）に適
合するには、約９０％の除去が必要になる。

したがって、この発明の目的は、従来のガスタービン圧
縮機によりもたらされる超大気圧、および水の直接蒸発
を利用して、流入ガスの質量流および比熱を増大し、か
つタービン出力を二重流体サイクルから得られるものを
越えて増大することである。

この発明の別の目的は、容易に人手できる安価な非清浄
燃料、すなわら硫黄、ハロゲンおよび多聞の不燃性固形
物を含有する燃料を通常のガスタービンにおいて利用で
きるようにすることである。

この発明の別の目的は、比較的高い流入口温度を達成し
、その結果従来のガスタービンの熱効率を高くしようと
する際に、高価な清浄燃料の補充燃料としての使用伝を
最少にすることである。

この発明の別の目的は、硫黄および／または塩素を含有
するある種の固体および液体廃朶物質、およびある種の
危険な廃棄物質を単独または他の燃料と組合せて、熱効
率が良くかつ環境的に良好でしかも必要な反応が超大気
圧で高められるようなエネルギー回収処理において熱破
壊できるようにすることである。

この発明の別の目的は、部分燃焼する加水熱分解領域に
おける灰の凝集、およびそれによる処理能力の損失を最
少化または除去するようにした処理方法を提供すること
である。

この発明の別の目的は、炭素の付着によるパイプ装置の
詰まり、生成ガス熱口の損失、および熱交換装置の損傷
を最少化または除去することである。

この発明の別の目的は、注意深く制御された条件下で２
段ステージ型加水熱分解領域における多機能吸収剤の利
用により、ガス状生成物がその場で脱硫および脱ハロゲ
ンされるようにした処理方法を提供することである。

この発明の別の目的は、固形物およびガス状生成物を選
択的に分離し、望ましくない液体およびタールを分解し
て、高い熱含酊の燃料ガスを提供し、それを引続いて燃
焼できるようにした処理方法を提供することである。

この発明の別の目的は、加水熱分解領域においては非反
応性を有すると共に、硫黄を含有する残留炭素質材料が
、燃焼領域において多機能吸収剤と接触してざらに転換
され、再生多機能吸収剤、清浄法生成物および脱硫煙道
ガスを生成するようにした処理方法を提供することであ
る。

この発明のさらに別の目的は、灰および硫化多機能吸収
剤の清浄混合物を生成すると共に、炭素質残留物を低減
または除去し、かつ重金属および硫黄を不溶性塩に転換
し、おるいはポゾラン的性’ｆｌ　（ｐｏｚｚｏｌａｎ
ｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　）を有する多機能吸収剤
のセメント質マトリックス内に封入するようにすること
でおる。

〈発明の概要〉 この発明の電力発生システムは２つの領域を包含してい
る。一つの領域は２段ステージ型加水熱分解装置、例え
ば上部テーツおよび下部ステージを備える加水熱分解の
ための超大気圧流動床である。

水と混合されてスラリーを形成した炭素質供給原料が、
流動床の２つのステージ間の位置における加水熱分解領
域に導入される。２つのステージは供給原料の導入位置
により画定されるが、これらステージの間に機械的な障
壁は設けられていない。

炭（ｃｈａｒ）が、加水熱分解室から流出する燃料ガス
から取出されて、炭転換および爛焼領域へ導入される。

清浄化された燃料ガスは冷却され、かつ低温ガス浄化用
の従来の装置によりさらに洗浄される。

低温ガス浄化装置から残った粒子は、炭転換領域へ噴射
されるか、あるいは取出されて廃棄処分される。浄化燃
料ガスは溶鉱炉ガス燃焼装置のような燃焼領域において
燃焼され、高温ガスが通常のタービンに供給される。

この発明の一形態は、炭素質供給原料と組合せて多機能
吸収剤を利用することである。多機能吸収剤混合物は、
制御された条件の水素および蒸気の存在下で、加水熱分
解領域において少なくとも一つの遷移族元素または成分
、および少なくとも一つのアルカリ上類元素または成分
を包含している。接触は、流動床のような石炭反応装置
において通常は行なわれる。適切な加水熱分解条件とし
ては、約６００〜９００℃の温度が包含される。

この発明の電力発生方法は、最初に炭素質供給原料を、
超大気圧流動床の頂部および底部ステージ間に噴射する
。流動床は加水熱分解のために利用される。生成物であ
る燃料ガスおよび炭が流動床から除去され、ガスと炭と
が分離される。燃料ガスは急冷され、それから低温ガス
浄化システムにおいてざらに浄化される。得られた浄化
燃料ガスは燃焼領域において燃焼されて、煙道ガスおよ
び蒸気が発生される。この蒸気および煙道ガスは電力を
引出すために利用される。

この方法の別の形態は、燃料ガスから除去された炭を再
循環し、この炭を炭燃焼およびｔｗｉＩ焼領域転領域す
ることである。燗焼領域から得られたガスは流動床へ戻
される。

この発明の利点の一つは、この発明を実施することによ
り、清浄燃料を燃焼するように設計された既存のガスタ
ービンを、非清浄燃料を燃焼するように適合させ得るこ
とである。これによって、完全に交換するための高価な
経費を必要としない。

この発明の別の利点は、比出力が増大されることである
。さらに、この発明は非清浄燃料に関連する放出物を最
良制御技術要件まで制御する。

〈好ましい実施態様〉 図面を参照すると、第１図はこの発明の共発生蒸気伝達
ナイクルの一実施態様の概略図である。

炭素質材料からなるスラリーが用意され、加水熱分解装
置１に導入される。加水熱分解装置１は、２〜約４０気
圧の圧力および約６００〜９００℃の温度で運転される
加圧流動床反応装置（以降、ＰＦＢＣ）とすることが好
ましい。ＰＦＢＣは２つの完全混合されたステージを提
供するのに十分な良さを有している。上部ステージ２お
よび下部ステージ３からなるこれらのステージは、詳細
は後述するが、領域に供給原料を噴射する高さにより一
般的に画定されているが、２つのステージを画定する物
理的障壁は設けられていない。この構成により加水熱分
解領域１仝体を一定温度にするための、一様な固形物の
混合および熱伝達が可能になる。

燃わ１材料のスラリーを利用することにより、加水熱分
解領域１において水が直接蒸発し、それにより加水熱分
解およびクラッキングのための追加的蒸気が提供される
と共に、固体炭素質供給材料をポンプ４を介してＰＦＢ
Ｃｉ内へ噴射することが可能になる。この構成により、
床内ボイラーチューブおよび複雑な機械的供給装置、例
えばロックホッパーの必要性が除去される。

あるいは、技術的進展およびタービンの流入口温度の増
大のために、乾式固体原料を利用することも好ましい。

スラリーにより添加される追加蒸気は重油およびタール
の分解（クラッキング）の助けになると共に、引続＜Ｈ
２ｏ十ｃｏ→町＋ｃｏ２という反応により燃焼される水
を生成するための蒸気を提供している。スラリー原料は
、廃物を加水熱分解領域１内に乾燥する必要なく噴射す
ることにより、有害廃棄水およびスラッジを浄化する手
段を提供する点でも有利である。

加水熱分解領域１に対して上部ステージ２および下部ス
テージ３間で導入されるスラリーは、破壊石炭および多
機能吸収剤、および約３５〜８０ｆｆｌｆｆ１％の水を
含有する混合物からなることが好ましい。

この発明の方法によれば、少なくとも一つのＺ移族元素
または成分および少なくとも一つのアルカリ土類元素ま
たは成分を有する多機能吸収剤混合物と、炭素質材料と
を、制御条件下の水素および蒸気の存在状態で、加水熱
分解領域１において接触させる。炭素質材料が高い遷移
族元素ｇＯ♀を有する場合は、石灰岩が吸収剤として利
用されると共に、遷移族元素が燃料から直接供給され、
またカルシウムが石灰岩から供給される。前記接触は、
流動床または任意の他の石炭反応装置において行なわれ
る。適切な加水熱分解条件としては、約６００〜９００
℃の温度が包含される。

注意深く制御された好ましい加水熱分解条件は、この領
域中に反応物の所望濃度を維持することにより、多機能
吸収剤成分の所望の酸化還元電位を熱力学的に促進また
は増進しようとする状態である。例えば、炭素質供給材
料に存在する遷移族含有酸化物を還元しようとする状態
、およびやはり炭素質供給材料に存在する遷移族含有硫
化物を還元しようとすると同時に、加水熱分解領域１内
に望まれる特定の反応を促進する状態である。

熱および反応物ガスは、炭素転換領域９がらの高温ガス
混合物により、かつ加水熱分解領域の下部ステージに導
入される空気により、加水熱分解領域１に供給されるこ
とが好ましい。炭素転換領域９はｔ′Ａ素燃燻燃焼室る
ことができる。

所望燃料ガスを含有する生成ガス、蒸気相の液体、およ
び流動床から飛出した細かい未転換炭素質底および多機
能吸収剤が、第１図に示ざれる流れ６を介して加水熱分
解領域１から引出される。これら生成物および微細固形
物はサイクロン７に導入されて、浄化および分離が行な
われる。サイクロンはガスから粒子物質を浄化する好ま
しい装置であるが、任意の他の浄化装置を利用すること
ができる。サイクロン７は遠心手段により粒子物質をガ
スから除去する漏斗状の装置である。ガスから除去され
た粗粒子は流れ８を介して取出され、炭素転換領域９に
導入される。炭素転換領域９はバブリング・モードの流
動床でおることが好ましい。この炭素燃焼装置には空気
もブースター圧縮Ｉａ１０から流れ１１を介して、また
水も流れ１２を介して導入される。水は前述のシステム
から独立した供給源から、あるいは詳細は後述するよう
に廃水から供給され得る。

炭素転換領域９すなわち炭素燃焼室においては、以下の
基本的反応が行なわれている：（１）Ｃ（加水熱分解ｎ
ｎ１）’Ｘ　１７’）’う（７）ｆｊ２）　＋Ｈ２Ｏ−
Ｃ０十町 （２）　　２　ＣＯ＋０２　＝　２　ＣＯ２＜３）　２
Ｈ２＋０２　＝２Ｈ２０ 好ましい実施態様においては、多機能吸収剤粒子の添加
は以下の追加反応に関与する：（４）ＣａＳ＋２０２　
＝ＣａＳＯ４ （５）　　Ｃａ　ＣＯ３＋熱−Ｃａ　Ｏ＋　ＣＯ２（６
）町Ｓ　＋Ｃａ　Ｏ＝　Ｃａ　Ｓ　＋　Ｈ２０ここで、
カルシウムは多機能吸収剤の好ましいアルカリ土類成分
である。

再循環のためにサイクロン７が流動床から飛出した粗固
形物を浄化し分離した後に残った燃料ガスおよび微細粒
子は、好ましくは急冷領域１３において、約９００’Ｃ
から約１７０’Ｃの温度まで急冷される。この領域は熱
回収ボイラーとすることもできる。

急冷用水が急冷領域１３に導入されて、ガスを洗浄する
ために冷却し、それにより追加的蒸気が発生される。冷
却された生成物ガスおよび蒸気は、任意の従来のガス浄
化装置とすることができるガス浄化装置１６へ送られる
ことが好ましい。好ましい実ｔＭ態様においては、これ
にはベンチュリ・スクラバー１８および湿式静電沈澱装
置１９が包含されている。追加水が流れ２０を介してベ
ンチュリ・スクラバー１８に導入されて、ガスをざらに
洗浄すると共に、ガスを飽和させる。

蒸気伝達サイクルにおいて、高温ガスのエネルギーは、
低温ガス洗浄の前に急冷領域１３すなわら熱回収ボイラ
ーにおいてエンタルピを取出し、蒸気を発生し、この蒸
気をブースト圧縮機１０の駆動に利用し、かつエネルギ
ーを回収することにより保存されることが好ましい。お
るいは、エンタルピを洗浄後のガスに戻し、約９８２°
Ｃ（１８００’Ｆ　）より高いタービン流入口温度をも
たらすために、再加熱交換装置が利用される。蒸気は急
冷領域１３から蒸気タービン１４に導入されて、この蒸
気タービンは圧縮機１０を駆動する。第１図に示される
この発明の実施態様においては、タービン１４は発電は
１５をも駆動している。発電機１５はそれが随意的なも
のであることを表わすために、破線で示されている。

粒子除去前に高温ガスを冷却することにより腐食性化合
物、例えばアルカリ金属塩が凝縮する。凝縮化合物はそ
れから、蒸気伝達サイクルのスクラバー１８および湿式
静電沈澱装置１９において除去されて、流れ１２を介し
て燃焼装置へ導入されて、そこで灰および使用済吸収剤
と凝集されてシステムから除去される。したかつて、ガ
スはタービンに導入される前に洗浄されて、侵食および
腐食が防止されると共に、環境要件を満たすためにター
ビンの下流側にフィルタまたは沈澱装置を設ける必要性
が除去される。

ガス浄化装置の下流側で利用するために高温ガスに含有
される燃料のエネルギーを保存することにより、熱効率
が維持されると共に、ガスタービンの比出力が二重流体
サイクルを越えて増大される。

低温ガス浄化は多くの理由により好ましい。

第１に、昇温状態で蒸発する腐食性化合物は凝縮および
凝集されて除去される。湿式静電沈澱装置（ＥＳＰ）を
利用することにより、沈澱剤は制御され、ＥＳＰにおい
て確実なコロナ化学が発生し、Ｈ２０＋ＣＯ→町十ＣＯ
２という反応が行なわれる。水−ガスシフト反応は約６
５０℃より高温においては良好な速度を有するが、６５
０°Ｃより低温ではその速度は触媒が必要なものとなる
。

水および粒子はスクラバー１８によりガスから分離され
、ポンプ２１により除去される。粒子のさらなる洗浄が
湿式静電沈澱装置１９により達成され、そこでは０．３
ミクロンより大きいすべての粒子の５０％以上、および
３ミクロン以上のすべての粒子の１００％を除去するた
めの静電圧が印加される。約１０，０００ボルトより高
い負の直流静電圧が、ガスを洗浄し、かつ水素イオンを
形成するために印加される。所望の燃料ガスを含有する
清浄生成物ガスは第１図に示したように、低ＢｔｌＪガ
ス燃焼装置、例えば溶鉱炉ガス燃焼装置２２へ流れ２３
を介して導入される。

ポンプ２１は、スクラバーによりガスから分離された水
および粒子を除去し、それを炭素転換領域９へ戻し噴射
するために利用されることが好ましい。ブローダウン流
がＥＳＰｌ　９から取出され、転換領域９へ戻し導入さ
れることが好ましい。あるいはスラリーとして粒子を取
出し、それを通常の方法で廃棄処分することもできる。

しかし好ましい実施態様においては、粒子は炭素転換領
域９に戻され、湿った廃棄物の処分問題が避けられてい
る。炭素転換領域９に戻される水は、蒸気による炭素の
ＣＯへの転換を助けると共に、吸収剤の還元のための水
素を提供している。炭素転換領域９ＬＢよびＰＦＢＣｌ
からの過剰廃棄物は、処分のために灰降下ホッパー３５
に導入される。硫化多機能吸収剤の酸化／再生は、炭素
転換領１！ｉ９の過剰酸素雰囲気中で完全になされる。

硫黄はこの処理過程から硫化物の形態で排除され、この
硫化物は転換領域９において形成された時、処分に適す
る清浄な灰混合物の形成を助ける。ＣａＳ＋２０２→Ｃ
ａＳＯ４の反応は、清浄灰混合物のセメント質特性を促
進する。多機能吸収剤の遷移族成分は、灰のポゾラン的
性質を促進する。

溶鉱炉ガス燃焼装置２２から得られると共に、約２０〜
６０容Ｇ％の蒸気を含有する高温煙道ガスは、最高の実
用タービン流入口温度において慣用的なガスタービン３
０に導入される。現在の技術においては、流入口温度は
約１ｏｏｏ°Ｃとなるだろう。流入口圧力は７気圧（１
００ｐｓｉａ）より高くなるだろう。慣用的なガスター
ビンエンジンにおいて、タービン３０はシャフト３６に
より圧縮機３４に機械的に連結されている。

圧縮機３４からの空気は溶鉱炉ガス燃焼装置２２へ戻し
導入される。圧縮機３４からの追加的空気は冷却装置１
７において冷却される。冷却水は第１図に示されるよう
に冷却装置１７に導入され、冷却空気はブースター圧縮
機１０に導入される。

この発明の方法は、高い比出力で所望の機械的および熱
的エネルギーを発生するために、種々の炭素質材料を処
理する場合に適用される。

この発明の実施に有用な炭素質材料には、石炭廃棄物、
石炭スラリー、水性廃棄物、炭素水素液体、使用済けつ
岩およびポリ塩化ビニルのようなハロゲン化材料が含ま
れる。

所望のガス状生成物は加水熱分解領域１において、この
発明の処理条件下で直接または間接的に形成される。所
望生成物の直接生産は、加水熱分解領域の上部ステージ
２における炭素質供給材料の熱分解の結果として生じ、
これは一般的に平衡状態で限定されることはなく、すな
わち圧力置換基濃度の外部条件により影響を受けない。

熱分解によるタールおよび油生成物の所望ガス状生成物
への選択的分解（クラッキング）は、上部ステージであ
る炭素水素液体＋４．２における多機能吸収剤により促
進される。二酸化炭素の吸収およびシフトを介する間接
的生成は主として、燃焼領域において生成され、Ｃ十Ｃ
Ｏ２→２ＣＯの反応により生成されたガスから下部ステ
ージである加水熱分解領域３内で起る。

このプロセスは平衡状態で限定されると共に、超人気圧
により、また多機能吸収剤により促進される。

この発明の加水熱分解領域は、実質的に同じ温度で２つ
の一連の完全に混合されたステージの均等物となるよう
に十分な垂直長さを有する流動床であることが好ましい
。

破砕炭素質供給材料は多機能吸収剤と１＝１の比まで混
合されることが好ましく、この多機能吸収剤は原子番＠
２１〜３０の元素から選択された少なくとも一つの元素
と、元素周期表のｌａ族から選択された少なくとも一つ
の元素とから構成されている。正確な量は供給材料の粘
結性や硫黄含有ωおよび触媒構成、すなわち使用される
特定の遷移族またはアルカリ土類元素の種類、および炭
酸塩、例えばＣａＣＯ３が混合物中に存在する量に依存
している。その理由は、これら炭酸塩は加水熱分解領域
１におけるここに述べた条件では化学的に不活性である
が、加水熱分解領域の上部ステージ２における選択的分
解のための活性面を提供するという点では活性を有して
いるからである。混合物は、２つの反応ステージの間の
１つの高さ、すなわち約１〜１０秒の間の十分な滞留時
間が下部ステージ３にあける平衡のために与えられるよ
うな高さで加水熱分解領域に導入されることが好ましく
、混合物の導入は、反応装置流入口または羽口を介する
液体噴射により行なわれることが好ましい。

下記の単独または複数の項目により加水熱分解領域にお
ける凝集が防止される： （１）ガスの噴射速度を最少で約１〜１０ｍ／秒に制御
することにより、ガス噴射羽口における固形物循環口を
高くする。

（２）ガス噴射羽口に直ぐに隣接する高温領域に高融点
多機能吸収剤粒子を存在させる。

（３）圧力および触媒的に促進される反応により、加水
熱分解および炭素燃焼の両領域を比較的低温にする。

前）ホのように、この発明の多機能吸収剤は少なくとも
一つの遷移族元素および少なくとも一つのアルカリ土類
元素から構成されている。遷移族元素とは、原子番号２
１〜３０の遷移元素を意味し、すなわちＳＯ，Ｔｉ、Ｖ
、Ｃｒ。

Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ　ｉ、ＣｕおよびＺｎのグループ
から選択された一つでおる。アルカリ土類元素は、周期
表のｎａ族、すなわちＢｅ。

ＭＱ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａからなるグループから選択
された元素を意味している。

典型的には遷移族元素は吸収剤混合物中に、硫化物、酸
化物またはそれらの混合物として存在し、またアルカリ
土類元素は酸化物、水酸化物またはそれらの混合物とし
て存在している。

好ましい遷移族元素は鉄であり、また好ましいアルカリ
土類元素はカルシウムである。好ましい実施態様におい
ては、加水熱分解領域１に存する多機能吸収剤は、遷移
族亜酸化物、例えばＦｅ３Ｏ４やＦｅ０１および／また
は遷移族並硫化物、例えばｔ：ｅｓｉ−ｘ　（ここでＸ
は約Ｏ〜０．９）からなる混合物である。このように、
この発明の実施に必要な加水熱分解条件は、好ましい原
子価状態で遷移族成分の安定性を促進する条件、すなわ
ち、Ｆｅ３Ｏ４またはＦｅＯおよび約１〜３５＠伍％の
硫黄を含有する硫化鉄におけるＦｅ状態によって表示さ
れる条件であることがわかる。

必要な吸収剤償の決定にあたっては、炭素質供給材料の
硫黄原子当り少なくとも約１原子〜約４原子のアルｊｉ
り土類元素を多機能吸収剤が含有することが好ましい。

必要な最少量のアルカリ土類族吸収剤成分は、炭素質供
給材料中の硫黄に対するアルカリ上類元素の前述の比率
に、再炭化用の補充口を加えたものである。連続運転の
ための最少量は、前述の量に、加水熱分解領域１からの
飛出し社を補充する量を加えたもの、すなわち流出ガス
と共に送出された粒子に起因する損失と、加水熱分解領
域の上部ステージにおける再炭化のための補充量を加え
たものである。必要な触媒の遷移族元素の最少量は、加
水熱分解領域の下部ステージから飛出しを補充する量に
より決定される。

遷移族成分は硫化物、酸化物または水酸化物として加水
熱分解領域に導入される。より一層活性を有すると共に
より一層選択的な遷移族成分は、部分的に還元された成
分であり、これは例えばＦｅ３Ｏ４またはＦｅＯのよう
に亜酸化物を、そして例えばＦｅＳのように亜硫化物を
形成づることができる成分である。すなわちこれらの遷
移族成分は、その比較的低い原子価状態のうらの一つの
状態にあるものである。好ましい成分は供給混合物の一
部として添加され得るが、そうする必要はない。その理
由は、アルカリ土類成分により二酸化炭素および塩素が
吸収されるこの発明の加水熱分解領域の上部ステージの
条件下でその場で生成され得るからである。特に、この
発明の加水熱分解領域の上部ステージにおける制御され
た加水熱分解状態は、混合物の好ましい遷移族成分が支
足している状態である。

この発明において制御された蒸気含有Ｇのガス状混合物
および超大気圧と共に多機能吸収剤の２つの硫黄吸収剤
成分を使用することにより、硫黄の町Ｓへの水素化およ
びその場における引続くその除去により、生成物ガスの
ＩＨ２ｇｔが可能になる。固体の炭素生成物の脱硫は不
要である。その理由は、未反応炭素質残留物は好ましく
は燃焼領域へ送られ、そこで燃焼生成物がその場で脱硫
されるからである。

第２図はこの発明の主題でおる基本的な蒸気伝達サイク
ルの概略図を示している。燃料および必要に応じて使用
される多機能吸収剤の廃水スラリーが、ＰＦＢＣシステ
ム５２に導入される。

生成物は、ガス冷却および浄化システム５４に導入され
る粗ガスと、任意の慣用的方法で処分される灰である。

この発明の一実施態様において、粗ガスは最初に、熱回
収システム５８がらの冷却用水により冷却され、それか
ら浄化される。得られた清浄ガスは二重流体ガスタービ
ンシステム５６に導入されると共に、ガスから分離され
た粒子物質はＰＦＢＣシステム５２に戻し導入される。

二重流体ガスタービンシステムは電力を発生するために
使用されている。過剰空気はＰＦＢＣシステム５２に戻
され、高温煙道ガスは熱回収システム５８に導入される
。熱回収システムは熱回収蒸気発生装置を包含し、この
蒸気発生装置は発電用蒸気タービンに蒸気を供給するよ
うになっている。熱回収システム５８には凝縮装置が包
含されており、そこで熱が吸収冷却に利用される。生成
された凝縮物はガス冷却および浄化システム５４におけ
る冷却水として再循環されるか、あるいは所望方法にお
いて使用される。清浄な煙道ガスは煙突６０を介して大
気へ放出される。

第３図はこの発明の実施態様の概略図である。

この実施態様においては、石炭、石灰岩（多機能吸収剤
）および水がそれぞれ流れ６４．６５および６６を介し
て、スラリー調製装置６３へ添加される。得られたスラ
リーはポンプ４により加水熱分解装置１に噴射される。

粗生成ガスは加水熱分解装置１から取出され、第１図に
示される実施態様と同様にリイクロン７に導入される。

第３図の実施態様は第１図に示される実施態様と略同様
に運転されるが、若干の変更が加えられている。第１図
において説明された要素の詳細は、第３図においては繰
返して説明しないことにする。第３図における流れは、
第１表を参照する時に混乱を避けるように番号を変えで
ある。しかし、両実施態様に共通の他の要素は第１図と
同一の参照番号を有している。第１表は異なる種々の流
れにおける温度、圧力および質ｍ流ｍを最適化するため
のコンピュータモデルの結果を示している。

第３図に示される例において、湿式沈澱装置１９から取
出された清浄ガスは流れ８０を介して再加熱交換装置６
８に導入される。ｊｑられた清浄ガスは流れ８１により
、溶鉱炉燃焼装置２２へ直接導入される。所望により補
助燃料を添加してもよい。

第１図に示される実施態様におけるように廃棄粒子およ
び水を湿式沈澱装置１９から炭素燃焼室９へ導入するこ
とに代えて、廃棄物は任意の慣用的方法で処分される。

温暖ガスはガスタービン３０から流れ８２を介して取出
されて、熱回収蒸気発生装置８３に導入される。空気、
水および天然ガスもそれぞれ流れ８４，８５および８６
を介して熱回収蒸気発生装置８３に添加される。天然ガ
スは燃焼を補完し、熱回収蒸気発生装置８３の蒸気発生
はを増大するようになっている。蒸気は蒸気タービン８
７を運転し、発電装置８８によるエネルギーおよび低圧
蒸気を発生する。この低圧蒸気は流れ８９を介して取出
されて、ブースター蒸気タービン１４を運転し、この蒸
気タービン１４は第１図に示される実施態様と同様にブ
ースター圧縮機１０を駆動する。ＨＲ３Ｇ８３からの廃
棄煙道ガスは煙突８４を介して送られる。

ＨＲ３Ｇ８３を流出する蒸気を凝縮するため、このシス
テムに凝縮装置（図示しない）を付加することができる
。

この発明の好ましい実施態様についての上記の記述は、
例示および説明のために示されたものである。上記の記
述は、この発明を余すところなく説明するものでも、あ
るいは開示された形態に限定するものでもなく、上記の
教示内容から多くの修正および変更が可能であることは
明らかであろう。これらの実施態様は、この発明の原理
およびその実際の応用を最良に説明し、それによって当
業者が意図した特定の使用に適するようにこの発明を種
々の実施態様においてかつ種々の修正を加えて最良に利
用できるようにするために選定され記述されている。こ
の発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される
ものである。

■・１鷲　；　　−ｉ　　；　　ｉ 易ｌ　ｃ：　　：　　：　　；　　丞　　２履−１ｉ　
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１＝　爾　Ｕ　６　″ 轟１＝　　゛　の　Ｏ Ｎ　　　ト　　　の　　　　　； ｒｌ　　簸　　　　　罎　　　　へ　　　　器　　　　
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　　　　　の■ 捌−１ｊ　　　員 ≦１尽　　　；

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施態様の説明図、第２図は基本
的蒸気伝達サイクルの説明図、第３図はこの発明の別な
実施態様の説明図でおる。 １・・・加水熱分解領域、２・・・加水熱分解領域上記
ステージ、３・・・加水熱分解領域下部ステージ、７・
・・サイクロン、９・・・炭素転換領域、１０・・・ブ
ースター圧縮機、１３・・・急冷領域、コ４・・・蒸気
タービン、１５・・・発電機、１６・・・ガス浄化装置
、２２・・・溶鉱炉ガス燃焼装置、３０・・・ガスター
ビン、３２・・・発電機、３４・・・圧縮機、５２・・
・加圧流動床燃焼システム、５４・・・ガス冷却・浄化
装置、５６・・・二重流体ガスタービンシステム、５８
・・・熱回収システム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上部ステージ（２）および下部ステージ（３）を備
   え炭素質供給材料を加水熱分解するための加水熱分解領
   域（５２）、ガスから粒子状物を除去するためのガス浄
   化装置（５４）、溶鉱炉ガス燃焼装置（２２）とガスタ
   ービン（３０）と発電機（３２）とを含む電力を発生す
   るための二重流体ガスタービン装置（５６）、および蒸
   気を発生するための熱回収装置（５８）を有する電力発
   生システムにおいて、前記炭素質供給材料を加水熱分解
   して粒子状物を含有する燃料ガスを生成するために、前
   記上部ステージと下部ステージとの間の加水熱分解領域
   へ炭素質供給材料を導入する流れ（４）を前記加水熱分
   解領域へ接続し；前記燃料ガスから粒子状物を除去する
   ための前記ガス浄化装置へ前記燃料ガスを導入する流れ
   （６７）で前記加水熱分解領域を前記ガス浄化装置と接
   続し；清浄燃料ガスを空気と燃焼して高温煙道ガスを生
   成するための前記溶鉱炉ガス燃焼装置へ前記ガス浄化装
   置からの清浄燃料ガスを導入する流れ（８１）で前記ガ
   ス浄化装置を前記溶鉱炉ガス燃焼装置と接続し；前記高
   温煙道ガスを燃焼するための前記熱回収装置へ前記高温
   煙道ガスを導入する流れ（８２）で前記溶鉱炉ガス燃焼
   装置を前記熱回収装置と接続し；前記溶鉱炉ガス燃焼装
   置で燃焼されなかつた過剰空気を前記加水熱分解領域へ
   導入する流れで前記溶鉱炉ガス燃焼装置を前記加水熱分
   解領域と接続し；前記熱回収装置で発生した蒸気を前記
   溶鉱炉ガス燃焼装置へ導入する流れ（７６、８９）で前
   記熱回収装置を前記溶鉱炉ガス燃焼装置と接続したこと
   を特徴とする電力発生システム。