代替天然ガスの製造設備及び方法
【課題】合成天然ガスを製造するための設備及び方法が提供される。
【解決手段】前記方法は、原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化することを含み得る。原料合成ガスは、冷却された原料合成ガスを得るように、冷却され得る。冷却された原料合成ガスは、処理された合成ガスを得るように、精製設備において処理され得る。精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含み得る。処理された合成ガスは、水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、合成天然ガスに転化される。メタン化凝縮物は、スラッシュガス分離器に導入され得る。
【解決手段】前記方法は、原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化することを含み得る。原料合成ガスは、冷却された原料合成ガスを得るように、冷却され得る。冷却された原料合成ガスは、処理された合成ガスを得るように、精製設備において処理され得る。精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含み得る。処理された合成ガスは、水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、合成天然ガスに転化される。メタン化凝縮物は、スラッシュガス分離器に導入され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年７月１６日に出願の米国特許仮出願第６１／０８１３０４号（参照によって本明細書に組み込まれる）の利益を主張する。
【０００２】
本実施形態は、一般に、合成天然ガスの製造設備及び方法に関する。本実施形態は、低品位炭（ｌｏｗ ｇｒａｄｅ ｃｏａｌ）供給原料又は他の炭素質供給原料を用いる、合成天然ガスの製造設備及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス化を用いるクリーン・コール（ｃｌｅａｎ ｃｏａｌ）テクノロジーは、全世界のエネルギー需要を満たす前途有望な取り得る道である。大部分の既存の石炭ガス化プロセスは、高石炭化度（ｈｉｇｈ ｒａｎｋ）（瀝青）炭及び石油精製廃棄物で、最もうまく実施されるが、低品位炭を処理するときに操作するのには非効率で、信頼性が劣り、費用がかかる。低石炭化度炭及び高灰分炭を含むこれらの低品位炭の埋蔵資源は、大量に利用できるにもかかわらず、エネルギー源として十分に活用されないままである。メタン化及び二酸化炭素処理と結び付けた石炭ガス化は、環境上適正なエネルギー源を提供する。合成又は代替天然ガス（「ＳＮＧ」）は、頼りにできる燃料供給をもたらすことができる。ＳＮＧは、適切な設備により、石炭源の近くで製造され得る。ＳＮＧは、製造場所から、すでに存在する天然ガスパイプラインのインフラストラクチャーに輸送でき、このことは、ＳＮＧの製造を、製造しなければ低品位炭を採掘し輸送することが余りに高くつくと思われる地域において、経済的にする。別のこととして、発展途上国において、都市内の非効率で汚染する多数の施設でのエネルギー源として低品位炭を輸送し使用する代わりに、人口密度の高い都市に向けたクリーンで効率的なＳＮＧの製造及び供給は、汚染物質及び炭素回収を効果的に軽減する手段を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＮＧ生成に伴う典型的な問題は、大きな補助動力及びプロセス水の必要性である。しばしば、大量の外部動力が、ＳＮＧ製造設備を運転するために必要とされ、設備のプロセスに対応するために大量の水がＳＮＧ製造設備に供給される必要がある。ＳＮＧ製造設備を運転するために必要とされる大量の水及び外部動力は、製造コストを大幅に上昇させ得る、またＳＮＧ生成設備が配置され得る場所を限定し得る。
【０００５】
したがって、外部動力及び水についての要求を減らす、石炭からＳＮＧを製造するための一層効率的な設備及び方法が求められている。
【０００６】
上に記された本発明の特徴が詳細に理解され得るように、上に手短に要約された本発明のより詳細にわたる説明が、実施形態（これらのいくつかが添付図に例示されている）を参照することによって提供され得る。しかし、添付図は、本発明の典型的な実施形態だけを例示しており、本発明は他の同様に効果的な実施形態を認め得るので、したがって、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的なＳＮＧ設備の概略図である。
【図２】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的な別のＳＮＧ設備の概略図である。
【図３】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的な別のＳＮＧ設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
これから、詳細な説明が行われる。添付の特許請求の範囲の各項は別個の発明を定め、これは、侵害の意図に対して、特許請求の範囲に指定される様々な要素又は制限に対する均等物を含むと認められている。コンテクストに応じて、下での「本発明」への言及のすべては、いくつかの場合には、特定の具体的な実施形態だけを表し得る。他の場合には、「本発明」への言及は、特許請求の範囲の一項又は複数において（しかし必ずしもすべての項においてではない）記される主題を表すことが認められるであろう。これから、本発明の各々が、具体的な実施形態、変形形態及び実施例を含めて、下でより詳細に説明されるが、本発明はこれらの実施形態、変形形態及び実施例に限定されず、それらは、本特許の情報が利用可能な情報及び技術と組み合わされるときに、当業者が本発明を実施し利用することを可能にするために含められている。
【０００９】
合成天然ガスを製造するための設備及び方法が提供される。この方法は、原料合成ガス（ｒａｗ ｓｙｎｇａｓ）を得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化することを含み得る。原料合成ガスは、冷却された原料合成ガスを得るように、冷却され得る。冷却された原料合成ガスは、処理された合成ガスを得るように、精製設備において処理され得る。精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含み得る。処理された合成ガスは、水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、合成天然ガスに転化され得る。メタン化凝縮物は、フラッシュガス分離器に導入され得る。
【００１０】
図１は、１つ又は複数の実施形態による例示的ＳＮＧ設備１００を示す。ＳＮＧ設備１００は、１つ又は複数のガス化装置２０５、１つ又は複数の合成ガス冷却器３０５、１つ又は複数の合成ガス精製設備４００、及び１つ又は複数のメタネーター（ｍｅｔｈａｎａｔｏｒ）５００を含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通る炭素質供給原料、ライン１２７を通る水蒸気、及びライン１０４を通る酸化剤が、ライン１０６を通る原料合成ガスを得るように、ガス化装置２０５に導入され得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、約５７５℃から約２，１００℃の範囲の温度で、ガス化装置２０５を出て行き得る。例えば、ライン１０６の原料合成ガスは、約８００℃、約９００℃、約１，０００℃、又は約１，０５０℃の低値から、約１，１５０℃、約１，２５０℃、約１，３５０℃、又は約１，４５０℃の高値までの範囲の温度を有し得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、ライン１１６を通る冷却された合成ガスを得るように、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。
【００１１】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６を通る原料合成ガスは、ライン１０８及び／又はライン１１２を通して導入される熱伝達媒体を用いて冷却され得る。示されていないが、非限定的実施形態において、ライン１０８及び／又は１１２の熱伝達媒体は、合成ガス精製設備４００からのプロセス流又は凝縮物を含み得る。熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水、過熱低圧水蒸気、過熱中圧水蒸気、過熱高圧水蒸気、飽和低圧水蒸気、飽和中圧水蒸気、飽和高圧水蒸気などであり得る。ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５へ導入される原料合成ガスからの熱は、ライン１０８及び／又は１１２を通して導入される熱伝達媒体へ間接的に伝達され得る。例えば、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に導入される原料合成ガスからの熱は、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧蒸気を得るように、ライン１０８及び／又は１１２を通して導入されるボイラー供給水に間接的に伝達され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１６を通る冷却された合成ガスは、ライン１１８を通る精製された合成ガスを得るように、精製設備４００に導入され得る。
【００１２】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８を通る精製された合成ガス及びライン１２０を通る熱伝達媒体が、ライン１２２を通るメタン化合成ガス又はＳＮＧ、及びライン１２４を通る水蒸気を得るように、メタネーター５００に導入され得る。精製された合成ガスのメタン化は、熱を発生する発熱反応である。精製された合成ガスのメタン化の間に発生する熱は、ライン１２４を通る水蒸気を得るように、ライン１２０を通して導入される熱伝達媒体に間接的に伝達され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４、１１２は、プロセス凝縮物、メタン化凝縮物、水蒸気、及び／又はこれらの組合せを含み得る。
【００１３】
ライン１２０の熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水などであり得る。例えば、ライン１２０を通してメタネーター５００に導入されるボイラー供給水は、低圧水蒸気、中圧水蒸気、高圧水蒸気、飽和低圧水蒸気、飽和中圧水蒸気、又は飽和高圧水蒸気を得るように、加熱され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気の少なくとも一部は、ライン１１２を通して導入される熱伝達媒体として、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気の別の部分は、ＳＮＧ生成設備１００内の様々なプロセス・ユニット（示されていない）に供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気は、約２５０℃以上、約３５０℃以上、約４５０℃以上、約５５０℃以上、約６５０℃以上、約７５０℃以上の温度を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約７，５００ｋＰａ以上、約９，５００ｋＰａ以上、約１１，５００ｋＰａ以上、約１４，０００ｋＰａ以上、約１６，５００ｋＰａ以上、約１８，５００ｋＰａ以上、約２０，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力であり得る。例えば、ライン１２４の水蒸気は、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａ、又は約７，０００ｋＰａから約１０，０００ｋＰａの圧力であり得る。
【００１４】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１２の水蒸気は、ライン１１４を通る、過熱高圧水蒸気又はライン１１２におけるより高い温度及び／又は圧力の水蒸気を得るように、合成ガス冷却器３０５内でさらに加熱され得る。１つ又は複数の実施形態において、熱伝達媒体、例えば、ライン１０８を通して合成ガス冷却器３０５に導入されるボイラー供給水は、ライン１１０を通る過熱高圧水蒸気を得るように、加熱され得る。ライン１１０及び／又はライン１１４を通る水蒸気は、約４５０℃以上、約５５０℃以上、約６５０℃以上、又は約７５０℃以上の温度を有し得る。ライン１１０及び／又はライン１１４を通る水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約８，０００ｋＰａ以上、約１１，０００ｋＰａ以上、約１５，０００ｋＰａ以上、約１７，０００ｋＰａ以上、約１９，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力を有し得る。
【００１５】
示されていないが、１つ又は複数の実施形態において、ライン１１２の水蒸気は、熱伝達媒体混合物又は「混合物」を得るように、ライン１０８の熱伝達媒体と共に導入され得る又は別の仕方でそれと混合され得る。１つ又は複数の実施形態において、前記混合物は、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気を得るように、合成ガス冷却器３０５に熱伝達媒体として導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合物は、単一ライン（示されていない）を通して合成ガス冷却器３０５から回収され得る。
【００１６】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気の少なくとも一部は、ＳＮＧ設備１００のための補助動力を発生するために使用され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気の少なくとも一部は、ガス化装置２０５に導入され得る。例えば、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気は、例えば水蒸気タービンによる圧力低下の後、ガス化装置２０５に導入され得る。
【００１７】
１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、微粒子、アンモニア、硫化カルボニル、塩化物、水銀、及び／又は酸性ガスを除去し得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、冷却された合成ガスを水により飽和させ得る、一酸化炭素を二酸化炭素にシフト転化し得る、又はこれらの組合せを行い得る。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、これらに限らないが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、アルゴン、又はこれらの任意の組合せを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約１０ｍｏｌ％の低値から約８０ｍｏｌ％の高値の範囲の水素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約３０ｍｏｌ％の高値の範囲の一酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約４０ｍｏｌ％の高値の範囲の二酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％から約３０ｍｏｌ％の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約１ｍｏｌ％、約３ｍｏｌ％、約４．５ｍｏｌ％、又は約５ｍｏｌ％の低値から、約８ｍｏｌ％、約８．５ｍｏｌ％、約９ｍｏｌ％、又は約９．５ｍｏｌ％或いはこれを超える高値の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約５０ｍｏｌ％の高値の範囲の窒素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約５ｍｏｌ％の高値の範囲のアルゴン含量を有し得る。ライン１１８を通る処理された合成ガスにおける低い不活性物濃度、例えば、低い窒素及びアルゴン濃度は、メタネーター５００からライン１２２を通して供給されるＳＮＧの発熱量（ｈｅａｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ）を増加させ得る。
【００１９】
ライン１１８を通る処理された合成ガスにおける比較的高いメタン濃度は、ＳＮＧ製造にとって有益であり、生成物の品質（例えば発熱量）をもたらし、また、メタネーター５００内の反応熱を抑えるための、生成物ガスのリサイクルの必要性を低下させ得る。このメタン濃度はまた、ＳＮＧ設備の補助動力消費、資本コスト、及び運転コストも低減し得る。
【００２０】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８を通る処理された合成ガスは、ライン１２２を通るＳＮＧを得るように、メタネーター５００に導入され得る。メタネーター５００は、水素及び一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の少なくとも一部をＳＮＧに転化するのに適する任意の装置、設備、又は設備及び／又は装置の組合せであり得る、或いはこれらを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２２のＳＮＧは、約０．０１ｍｏｌ％の低値から１００ｍｏｌ％の高値の範囲のメタン含量を有し得る。例えば、ライン１２２のＳＮＧは、約６５ｍｏｌ％、約７５ｍｏｌ％、又は約８５ｍｏｌ％の低値から、約９０ｍｏｌ％、約９５ｍｏｌ％、又は約１００ｍｏｌ％の高値の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、約１５０℃、約４２５℃、約４５０℃、又は約４７５℃の低値から、約５３５℃、約５６５℃、又は約５９０℃の高値までの範囲の温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、約５９０℃、約６２０℃、又は約６４５℃の低値から、約６６０℃、約６７５℃、約７００℃、又は約１，０００℃の高値までの範囲の温度で操作され得る。
【００２１】
図２は、１つ又は複数の実施形態による別の例示的ＳＮＧ設備２００の概略図を示す。１つ又は複数の実施形態において、ＳＮＧ設備２００は、これらに限らないが、１つ又は複数のガス化装置２０５、１つ又は複数の合成ガス冷却器３０５、１つ又は複数の精製設備４００、及び１つ又は複数のメタネーター５００を含み得る。任意のガス化装置２０５、例えば図２に示されるガス化装置が使用され得る。ガス化装置２０５は、これらに限らないが、単一の反応器列、或いは直列又は並列に配置された２つ以上の反応器列を含み得る。各反応器列は、１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０、及び分離器（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｒ）２３０、２４０を含み得る。各反応器列は、他から独立に配置構成され得る、或いは１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０、及び分離器２３０、２４０のいずれかが共有され得る状態に配置構成され得る。説明が簡単で容易なように、ガス化装置２０５の例示的実施形態は、図２に示されるように、単一反応器列に関連させてさらに説明される。
【００２２】
ライン１０２を通る供給原料、ライン１２７を通る水蒸気及びライン１０４を通る酸化剤は、ガス混合物を得るように、混合ゾーン２１５において一緒にされ得る。ライン１０２を通る供給原料は、適切な如何なる炭素質材料も含み得る。炭素質材料は、これに限らないが、固体、液体、ガス、又はこれらの組合せかどうかにかかわらず、１種又は複数の炭素含有材料を含み得る。１種又は複数の炭素含有材料には、これらに限らないが、石炭、コークス、石油コークス、分解残渣、全原油（ｗｈｏｌｅ ｃｒｕｄｅ ｏｉｌ）、原油、減圧軽油、重質軽油、残留物（ｒｅｓｉｄｕｕｍ）、常圧塔ボトム、真空塔ボトム、留出物、パラフィン、溶剤脱瀝ユニットからの芳香族に富む材料、芳香族炭化水素、アスファルテン、ナフテン、オイルシェール、オイルサンド、タール類、瀝青、油母、廃油、バイオマス（例えば、植物及び／又は動物物質或いは植物及び／又は動物由来物質）、タール、低灰分又は無灰分ポリマー、炭化水素系ポリマー材料、石油精製所及び石油化学プラントからの重質炭化水素スラッジ及びボトム産物（例えば、炭化水素ワックス）、生産操作に由来する副生成物、廃棄消費者製品（例えば、カーペット、並びに／又は、バンパー及びダッシュボードを含めて、自動車プラスチックパーツ／コンポーネント）、リサイクルプラスチック（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン、これらの誘導体、これらのブレンド）或いはこれらの任意の組合せが含まれ得る。したがって、このプロセスは、すでに製造された材料の適正な処分の要求に対応するのに有用であり得る。
【００２３】
１つ又は複数の実施形態において、石炭には、これらに限らないが、高ナトリウム及び／又は低ナトリウム亜炭、亜瀝青、瀝青、無煙炭、或いはこれらの任意の組合せが含まれ得る。炭化水素系ポリマー材料には、例えば、熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴムが含まれ、これらにはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン（他のポリオレフィンを含めて）、ポリウレタン、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、及びこれらのブレンド；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブレンド、他のポリオレフィン、酸素を含むポリ−炭化水素、これらの誘導体、これらのブレンド、並びにこれらの組合せが含まれ得る。
【００２４】
１つ又は複数の実施形態において、炭素質材料、例えば石炭の水分濃度に応じて、炭素質材料は、ガス化装置２０５に導入される前に乾燥され得る。炭素質材料は、１つ又は複数のボールミルのような製粉ユニットによって粉末にされ、減量された水分を含む炭素質材料を得るように、加熱され得る。例えば、炭素質材料は、約５０％未満の水分、約３０％未満の水分、約２０％未満の水分、約１５％未満の水分、又はこれより少ない水分を含む炭素質材料を得るように、乾燥され得る。炭素質材料は、ガス、例えば窒素の存在下に直接、或いはコイル、プレート又は他の熱伝達用具を通る何らかの熱伝達媒体を用いて間接的に、乾燥され得る。
【００２５】
ライン１０４を通して導入される酸化剤には、これらに限らないが、空気、酸素、本質的に酸素、酸素富化空気、酸素と空気の混合物、酸素と不活性ガス（例えば、窒素及びアルゴン）の混合物、並びにこれらの組合せが含まれ得る。本明細書において用いられる場合、「本質的に酸素」という用語は、５１ｖｏｌ％以上の酸素を含む供給酸素を表す。本明細書において用いられる場合、「酸素富化空気」という用語は、２１ｖｏｌ％を超える酸素を含む空気を表す。酸素富化空気は、例えば、空気の低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、又はこれらの任意の組合せから得ることができる。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０４を通して導入される酸化剤は、窒素を含まない又は本質的に窒素を含まない酸化剤であり得る。「本質的に窒素を含まない」によって、ライン１０４の酸化剤が、約５ｖｏｌ％未満の窒素、約４ｖｏｌ％未満の窒素、約３ｖｏｌ％未満の窒素、約２ｖｏｌ％未満の窒素、又は約１ｖｏｌ％未満の窒素を含むことを意味する。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２７を通る水蒸気は、どのようなタイプの適切な水蒸気であってもよく、例えば、低圧水蒸気、中圧水蒸気、高圧水蒸気、過熱低圧水蒸気、過熱中圧水蒸気、又は過熱高圧水蒸気であり得る。
【００２６】
ライン１０４を通して混合ゾーン２１５に導入される酸化剤の量は、炭素質固体及び／又は炭素質含有固体中の炭素質材料の全量を酸化するのに必要とされる化学量論的酸素の約１％から約９０％の範囲であり得る。ガス化装置２０５内の酸素濃度は、ガス化装置２０５における炭素のモル濃度に基づく化学量論的必要量の約１％、約３％、約５％、又は約７％の低値から、約３０％、約４０％、約５０％、又は約６０％の高値の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２０５内の酸素濃度は、ガス化装置２０５における炭素のモル濃度に基づく化学量論的必要量の約０．５％、約２％、約６％、又は約１０％の低値から、約６０％、約７０％、約８０％、又は約９０％の高値の範囲であり得る。
【００２７】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通して導入される炭素含有供給原料は、窒素含有化合物を含み得る。例えば、ライン１０２を通る供給原料は、炭素質材料の最も先進的な分析に基づいて、供給原料中に、約０．５ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、約１．５ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、又はこれを超える窒素を含む石炭又は石油コークスであり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通して導入される供給原料に含まれる窒素の少なくとも一部は、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換され得る。１つ又は複数の実施形態において、供給原料中の約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％又はこれを超える窒素は、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換され得る。例えば、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換される、供給原料中の窒素の量は、約２０％、約２５％、約３０％、又は約３５％の低値から、約７０％、約８０％、約９０％、又は約１００％の高値の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２７を通る水蒸気が混合ゾーン２１５に導入され得る。水蒸気及び酸化剤は、混合ゾーン２１５に、示されているように、別々に導入されても、又は、混合ゾーンへの導入の前に混合されてもよい（示されていない）。供給原料、水蒸気、及び酸化剤は、ガス化装置２０５に逐次的に導入され得る。供給原料、水蒸気、及び酸化剤は、ガス化装置２０５に同時に導入されてもよい。１つ又は複数の実施形態において、水蒸気は、供給原料、酸化剤、又はこれらの両方と混合され得る。ガス化装置２０５への供給（即ち、供給原料、水蒸気、及び酸化剤の導入）は、所望の生成物のタイプ及び原料合成ガスの品位に応じて、連続的、又は間欠的であり得る。１種又は複数の酸化剤は、ライン２５５を通して再循環される微粒子内に含まれる任意の炭素の少なくとも一部を燃焼させることによって、混合ゾーン２１５及びライザー２２０内の温度を上昇させるように、混合ゾーン２１５のボトムに導入され得る。
【００２８】
ガス化装置２０５は、灰分を溶融させない又は溶融灰分又はスラグを生じないような十分な温度範囲、例えば、約５５０℃から約２，０５０℃、約２７５℃から約９５０℃、又は約１，０００℃から約１，１５０℃で操作され得る。熱は、入ってくる供給原料に再循環固体が接触する前に、混合ゾーン２１５の下部において再循環固体中の炭素を燃焼させることによって供給され得る。操作開始は、混合ゾーン２１５を、約５００℃から約６５０℃の温度にもっていくことによって、また任意選択で、混合ゾーン２１５の温度を約９００℃までさらに上昇させるように粉コークス（ｃｏｋｅ ｂｒｅｅｚｅ）又はその等価物を混合ゾーン２１５に供給することによって、開始され得る。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２０５は、約８７０℃から約１，１００℃、約８９０℃から約９４０℃、又は約８８０℃から約１，０５０℃の温度を有し得る。
【００２９】
ガス化装置２０５の操作温度は、ライザー２２０内の固体の再循環速度及び滞留時間によって；ライン２５５を通して混合ゾーン２１５にリサイクルされる前に灰分の温度を下げることによって；混合ゾーン２１５への水蒸気の添加によって；及び／又は、混合ゾーン２１５に添加される酸化剤の量を変えることによって制御され得る。ライン２５５を通して導入される再循環固体は、入ってくる供給原料を迅速に加熱するのに役立ち、これはまたタールの生成を減らし得る。
【００３０】
混合ゾーン２１５及びライザー２２０における滞留時間及び温度は、水−ガスシフト反応が平衡に近い状態に達し、タール・クラッキングに十分な時間を許容するのに十分であり得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約２秒を超え得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約５秒を超え得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約１０秒を超え得る。
【００３１】
１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、反応器単位横断面積当たりの熱出力を増し、原料合成ガスのエネルギー出力を向上させるように、約１００ｋＰａから約６，０００ｋＰａの圧力で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約６００ｋＰａ、約６５０ｋＰａ、又は約７００ｋＰａの低値から、約２，２５０ｋＰａ、約３，２５０ｋＰａ、又は約３，９５０ｋＰａ又はこれを超える高値の範囲の圧力で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約２５０℃、約４００℃、又は約５００℃の低値から、約６５０℃、約８００℃、又は約１，０００℃の高値の範囲の温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約３５０℃から約９５０℃、約４７５℃から約９００℃、約８９９℃から約９２７℃、又は約６５０℃から約８７５℃の温度で操作され得る。
【００３２】
ガス混合物は、混合ゾーン２１５を通りライザー２２０へ流れることができ、そこで、さらなる滞留時間により、ガス化、水蒸気／メタン改質、タール・クラッキング、及び／又は水−ガスシフト反応が起こることが許される。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５より高い温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５より小さな直径又は横断面積を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５と同じ直径又は横断面積を有し得る。ライザー２２０における見かけのガス流速は、約３ｍ／ｓから約２７ｍ／ｓ、約６ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓ、約９ｍ／ｓから約２１ｍ／ｓ、又は約９ｍ／ｓから約１２ｍ／ｓ、又は約１１ｍ／ｓから約１８ｍ／ｓの範囲であり得る。ライザー２２０における適切な温度は、約５５０℃から約２，１００℃の範囲であり得る。例えば、ライザー２２０内における適切な温度は、約７００℃、約８００℃、約９００℃の低値から、約１０５０℃、約１１５０℃、約１２５０℃、又はこれを超える高値の範囲であり得る。
【００３３】
ガス混合物はライザー２２０を出て、分離器２３０、２４０に入り、そこで、微粒子の少なくとも一部は、ガスから分離され、これらに限らないが、スタンドパイプ２５０、及び／又はｊ−レッグ（ｌｅｇ）２５５を含めて、１つ又は複数の導管を通して混合ゾーン２１５へリサイクルして戻され得る。ｊ−レッグ２５５は、固体の有効滞留時間を増し、炭素の転化を増大させ、また混合ゾーン２１５に固体をリサイクルするための通気の必要性を最低限にするように、非機械的「ｊ−バルブ」、「Ｌ−バルブ」、又は他のバルブを含み得る。分離器２３０、２４０はサイクロンであり得る。１つ又は複数の微粒子移動装置２４５、例えば、１つ又は複数のループシール（ｌｏｏｐ ｓｅａｌ）は、分離された微粒子を捕集するために、分離器２３０，２４０の下流に置かれ得る。ライン１０６を通る原料合成ガスに伴出される又は残留する微粒子の少なくとも一部は、１つ又は複数の微粒子除去設備（示されていない）を用いて除去され得る。
【００３４】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、これらに限らないが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、アルゴン、又はこれらの任意の組合せを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約４０ｍｏｌ％の低値から約８０ｍｏｌ％の高値までの範囲の水素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約１５ｍｏｌ％の低値から、約２５ｍｏｌ％の高値までの範囲の一酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から、約４０ｍｏｌ％の高値までの範囲の二酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、約５ｍｏｌ％、又は約１０ｍｏｌ％の低値から、約２０ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％、又は約４０ｍｏｌ％の高値までの範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約３．５ｍｏｌ％、約４ｍｏｌ％、約４．５ｍｏｌ％、又は約５ｍｏｌ％の低値から、約８ｍｏｌ％、約８．５ｍｏｌ％、約９ｍｏｌ％、又は約９．５ｍｏｌ％又はこれを超える高値までの範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、又は約２ｍｏｌ％の低値から、約３ｍｏｌ％、約６ｍｏｌ％、又は約１０ｍｏｌ％の高値までの範囲の窒素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、空気又は過剰の空気が、酸化剤として、ライン１０４を通してガス化装置２０５に導入されるとき、ライン１０６の原料合成ガスにおける窒素含量は、約１０ｍｏｌ％から約５０ｍｏｌ％又はこれを超える範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、本質的に窒素を含まない酸化剤が、ライン１０４を通してガス化装置２０５に導入されるとき、ライン１０６の原料合成ガスにおける窒素含量は、約０ｍｏｌ％から約４ｍｏｌ％の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、又は１ｍｏｌ％の低値から、約１．５ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、又は約３ｍｏｌ％の高値までの範囲のアルゴン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０４を通して導入される本質的に窒素を含まない酸化剤は、約０．００１ｍｏｌ％の低値から約３ｍｏｌ％の高値までの範囲の、窒素及びアルゴンを合わせた濃度を有する、ライン１０６を通る原料合成ガスを生じ得る。
【００３５】
ライン１０２を通る供給原料の平均直径粒径は、スタンドパイプ２５０を通して混合ゾーンにリサイクルされる固体の微粒子密度を最適化するための制御変数として用いられ得る。ライン１０２を通して導入される供給原料の粒径は、微粒子質量循環速度を最適化し、また混合ゾーン２１５及びライザー２２０内のガス−固体の混合物の流動特性を改善するために、変えられ得る。ライン１２７を通る水蒸気は、反応物としても、また反応温度を制御するための調整剤としても、ガス化装置２０５に供給され得る。
【００３６】
１つ又は複数の実施形態において、１種又は複数の収着剤（ｓｏｒｂｅｎｔ）がガス化装置２０５に導入され得る。１種又は複数の収着剤は、合成ガスからの汚染物質、例えば、ガス化装置２０５内の気相におけるナトリウム蒸気を捕捉し得る。１種又は複数の収着剤は、酸素がガス化装置２０５内で供給原料からの水素（例えば、水）と望ましくない副反応を起こし得る濃度に達することを遅らせる又は防ぐのに十分な速度及びレベルで、酸素を捕捉し得る。１種又は複数の収着剤は、１種又は複数の供給原料と混合され得る、又は別の仕方で、それに添加され得る。１種又は複数の収着剤は、微粒子が凝集しようとする傾向を抑えるために、ガス化装置２０５内で供給原料粒子に振りかける又はそれらを被覆するために使用され得る。１種又は複数の収着剤は、約５ミクロンから約１００ミクロン、又は約１０ミクロンから７５ミクロンの平均粒径にまで粉砕され得る。例示的な収着剤には、これらに限らないが、炭素の豊富な灰分、石灰岩、ドロマイト、カオリン、微粉シリカ、及び粉コークスが含まれ得る。供給原料から放出される残留硫黄は、自然に存在する供給物のカルシウムにより、又はカルシウム系収着剤により、硫化カルシウムを生成させて、捕捉され得る。
【００３７】
合成ガス冷却器３０５は、１つ又は複数の熱交換器或いは熱交換ゾーンを含み得る。例示されているように、合成ガス冷却器３０５は、３つの熱交換器ゾーン３１０、３２０、及び３３０を含み得る。熱交換ゾーン３１０、３２０、及び３３０は、直列に配置され得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、第１熱交換器（「第１ゾーン」）３１０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約８２０℃の温度に冷却され得る。第１熱交換器３１０を出てライン３１５を通る冷却された原料合成ガスは、第２熱交換器（「第２ゾーン」）３２０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約７０４℃の温度に、さらに冷却され得る。第２熱交換器３２０を出てライン３２５を通る冷却された原料合成ガスは、第３熱交換器（「第３ゾーン」）３３０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約４３０℃の温度に、さらに冷却され得る。示されていないが、合成ガス冷却器３０５は、例えば、１つのボイラーであり得る、又はそれを含み得る。
【００３８】
ライン１０６を通る原料合成ガスは、合成ガス冷却器３０５内で、原料合成ガスから熱伝達媒体に熱を間接的に伝達することによって冷却され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０８を通る熱伝達媒体は、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。ライン１０８を通る熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水などであり得る。原料合成ガスからの熱は、ライン３５０を通して回収され得る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気を得るように、ライン１０８を通して導入される熱伝達媒体に間接的に伝達され得る。ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、１つ又は複数の水蒸気タービン３６０（これは、発電機３８０に連結され得る）に動力を供給するために使用され得る。水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物は、ライン１０８の熱伝達媒体にリサイクルされ得る。例えば、水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物は、ライン１０８の熱伝達媒体の少なくとも一部を得るように、処理され、リサイクルされ得る。
【００３９】
ライン１０８を通る、例えばボイラー供給水は、ライン１１６を通る冷却された合成ガス及びライン３３８を通る凝縮物を得るように、第３熱交換器（「エコノマイザ」）３３０内で加熱され得る。ライン３３８を通る凝縮物は、プロセス条件で飽和状態である、又は実質的に飽和状態であり得る。凝縮物３３８は、気相（「水蒸気」）を液相（「凝縮物」）から分離するために、１つ又は複数の水蒸気ドラム又は分離器３４０に導入（フラッシュ（ｆｌａｓｈ））され得る。ライン３４２を通る水蒸気は、第２熱交換器（「過熱器」）３２０に導入され、ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気を得るように、ライン３１５を通して入ってくる合成ガスに接して加熱され得る。
【００４０】
合成ガス冷却器３０５からのライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、約６５０℃以上、約７００℃以上、又は約７５０℃以上の温度を有し得る。ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約８，０００ｋＰａ以上、約１１，０００ｋＰａ以上、約１５，０００ｋＰａ以上、約１７，０００ｋＰａ以上、約１９，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力を有し得る。
【００４１】
分離器３４０からのライン３４６を通る凝縮物は、第１熱交換器（「ボイラー」）３１０に導入され、ライン３４４を通して分離器３４０に導入され得る少なくとも部分的に気化した水蒸気を得るように、ライン１０６を通して導入される合成ガスに接して間接的に加熱され得る。ライン３４４を通り分離器３４０に戻される水蒸気は、１つ又は複数の水蒸気タービン３６０で使用される、ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱加圧水蒸気を得るように、第２熱交換器３２０での過熱のためにライン３４２を通して導入され得る。
【００４２】
熱交換器３１０、３２０、３３０のいずれか１つ又はすべては、シェル・アンド・チューブ・タイプ熱交換器であり得る。ライン１０６の原料合成ガスは、直列で、第１熱交換器３１０、第２熱交換器３２０、及び第３熱交換器３３０のシェル側又はチューブ側に供給され得る。熱伝達媒体は、原料合成ガスがどちら側に導入されるかに応じて、シェル側又はチューブ側のいずれかを通り得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、並列で（示されていない）、第１熱交換器３１０、第２熱交換器３２０、及び第３熱交換器３３０のシェル側又はチューブ側に供給されてもよく、熱伝達媒体は、原料合成ガスがどちら側に導入されるかに応じて、シェル側又はチューブ側のいずれかを直列で通り得る。
【００４３】
図１を参照して上で説明され記載されたように、ライン１２０を通る熱伝達媒体、例えば、ボイラー供給水が、ライン１２４を通る加熱された熱伝達媒体又は水蒸気を得るように、メタネーター５００に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、低圧水蒸気、中圧水蒸気、又は高圧水蒸気であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、過熱高圧熱伝達媒体を得るように、過熱器３２０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、合成ガス冷却器３０５の別のゾーン又はセクションに、例えば、分離器３４０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気の少なくとも一部は、水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物に、及び／又はライン１０８の熱伝達媒体に導入され得る。
【００４４】
図３は、１つ又は複数の実施形態による、別の例示的ＳＮＧ設備３００を概略的に示す。ＳＮＧ設備３００は、１つ又は複数のガス化装置２０５を含み得る。酸化剤は、空気分離ユニット２２２を経て、ライン１０４を通してガス化装置２０５に供給され得る。空気分離ユニット２２２は、純粋な酸素、ほぼ純粋な酸素、本質的に酸素、又は酸素富化空気を、ライン１０４を通してガス化装置２０５に供給し得る。空気分離ユニット２２２は、ライン１０４を通してガス化装置２０５に、窒素が少なく酸素に富む供給物を供給し得るので、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に供給される合成ガスの窒素濃度を最低限にし得る。純粋な又はほぼ純粋な供給酸素の使用により、本質的に窒素を含まない（例えば、０．５ｍｏｌ％未満の窒素／アルゴンを含む）ことが可能な合成ガスをガス化装置２０５が生成することが可能になる。空気分離ユニット２２２は、高圧低温タイプの分離器であり得る。空気は、ライン１０１を通して空気分離ユニット２２２に導入され得る。空気分離ユニット２２２からライン２２３を通して分離された窒素は、ＳＮＧ生成設備３００で使用され得る。例えば、ライン２２３を通る窒素は、燃焼タービン（示されていない）に導入され得る。空気分離ユニット２２２は、ガス化装置２０５に導入される全酸化剤の約１０％、約３０％、約５０％、約７０％、約９０％、又は約１００％を供給し得る。
【００４５】
１つ又は複数の実施形態において、空気分離ユニット２２２は、約２，０００ｋＰａから約１０，０００ｋＰａ又はこれを超える範囲の圧力で酸素を供給し得る。例えば、空気分離ユニット２２２は、ガス化装置２０５内の圧力より約１，０００ｋＰａ大きい圧力、及び雰囲気温度で、約９９．５パーセントの純度の酸素を、ガス化装置２０５に供給し得る。酸素の流れは、ガス化装置２０５内で起こる炭素の燃焼量を制限し、ガス化装置の温度を保つために制御され得る。酸素は、約０．１：１から約１．２：１の範囲の比（酸素の重量：乾燥し、無機物質を除いた供給原料の重量）でガス化装置２０５に入り得る。１つ又は複数の実施形態において、酸素と供給原料の比は、約０．６６：１から約０．７５：１であり得る。
【００４６】
図１及び２を参照して上で説明され記載されたように、原料合成ガスは、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に導入され得る。合成ガス冷却器３０５は、図２を参照して上で説明され記載されたように、３つの熱交換器を含み得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス冷却器３０５は、他の任意の間接的熱交換装置であり得る、又はそれを含み得る。
【００４７】
ライン１０６の合成ガスは、合成ガス冷却器３０５によって冷却され、ライン１１６を通る冷却された合成ガスは、合成ガス精製設備４００に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、１つ又は複数の微粒子制御装置４１０、１つ又は複数のサチュレータ４２０、１つ又は複数のガスシフト装置４３０、１つ又は複数のＣＯＳ加水分解装置４８０、１つ又は複数のアンモニア洗浄除去装置４９０、１つ又は複数のガス冷却器４４０、１つ又は複数のフラッシュガス分離器４４６、１つ又は複数の水銀除去装置４５０、１つ又は複数の酸性ガス除去装置４６０、１つ又は複数の硫黄回収ユニット４６６、及び／又は１つ又は複数の炭素取扱い圧縮ユニット４７０を含み得る。
【００４８】
冷却された合成ガスは、ライン１１６を通して微粒子制御装置４１０に導入され得る。微粒子制御装置４１０は、高温微粒子フィルターのような１つ又は複数の分離装置を含み得る。微粒子制御装置４１０は、約０．１ｐｐｍｗの検出限界より低い微粒子濃度を有する濾過された合成ガスを供給し得る。例示的な微粒子制御装置には、これらに限らないが、焼結金属フィルター（例えば、鉄アルミニド・フィルター材料）、金属キャンドル・フィルター、及び／又はセラミック・キャンドル・フィルターが含まれ得る。微粒子制御装置４１０は、合成ガスから微粒子を除去する効率により、水スクラバの必要性を除き得る。水スクラバの除去は、汚れた水又は雑排水（ｇｒｅｙ ｗａｔｅｒ）設備の除去を許し、プロセス水の消費及び関連する廃水の関連する廃水の排出を減らし得る。
【００４９】
固体微粒子は、ライン４１２を通して設備からパージされ得る、又はガス化装置２０５にリサイクルされ得る（示されていない）。微粒子制御装置４１０を出て行くライン４１４を通る濾過された合成ガスは、分割され、合成ガスの少なくとも一部は、ライン４１５を通してサチュレータ４２０に導入され、別の部分は、ライン４１６を通して硫化カルボニル（「ＣＯＳ」）加水分解装置４８０に導入され得る。熱が、ライン４１６の冷却された合成ガスから回収され得る。例えば、ライン４１６の冷却された合成ガスは、１つの熱交換器又は一連の熱交換器に曝され得る（示されていない）。１つ又は複数の実施形態において、ライン４１５を通してサチュレータ４２０に導入される冷却された合成ガスの部分、及びライン４１６を通してＣＯＳ加水分解装置４８０に供給される部分は、少なくともある程度、メタン化装置５００の入口での、水素と一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の所望の比に基づき得る。示されていないが、１つ又は複数の実施形態において、ライン４１４を通る濾過された合成ガスは、サチュレータ４２０及びＣＯＳ加水分解装置４８０の両方に順次導入され得る。
【００５０】
サチュレータ４２０は、冷却された合成ガスがライン４２４を通してガスシフト装置４３０に導入される前に、ライン４１５の冷却された合成ガスの水分含量を増すために使用され得る。ＳＮＧ設備３００における他の装置によって発生したプロセス凝縮物が、ライン４４２を通してサチュレータ４２０に導入され得る。例示的な凝縮物には、アンモニア・スクラバ４９０からのプロセス凝縮物、合成ガス冷却器３０５からの第１プロセス凝縮物、ガス冷却器４４０からの第２プロセス凝縮物、メタネーター５００からのプロセス凝縮物、又はこれらの組合せが含まれ得る。補給水、例えば脱塩水もまた、ライン４１８を通してサチュレータ４２０に供給され得る。補給水は、適正な水バランスを保つために使用され得る。
【００５１】
１つ又は複数の実施形態において、サチュレータ４２０は、熱を必要とし、必要な熱の約７０パーセントから７５パーセントは、ライン４１５の冷却された合成ガスによって供給される顕熱、さらには、ＳＮＧ設備３００の他の部分から得られる中乃至低品位熱であり得る。必要な熱の約２５パーセントから３０パーセントは、間接的水蒸気再沸騰によって供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、間接的水蒸気再沸騰には中圧水蒸気を用いることができ、例えば、その水蒸気は、約４，０００ｋＰａから約４，５８０ｋＰａの範囲の圧力を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、サチュレータ４２０には、未使用水蒸気は添加されない。サチュレータ４２０への未使用水蒸気の添加がないことは、必要とされる全体としての水補給を最低限にし、ライン４２２を通るサチュレータのブローダウンを減らし得る。
【００５２】
飽和した合成ガスは、ライン４２４を通してガスシフト装置４３０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ガスシフト装置４３０は、並列の１段階又は２段階ガスシフト触媒床設備を含み得る。ライン４２４の飽和した合成ガスは、ガスシフト装置４３０に入る前に、予備加熱され得る。飽和した合成ガスは、約０．８：１から約１．２：１又はこれを超える範囲の水蒸気：乾燥ガスのモル比で、ガスシフト装置４３０に入り得る。ライン４２４の飽和した合成ガスの温度は、約２００℃から約２９５℃、約１９０℃から約２９０℃、又は約２９０℃から約３００℃又はこれを超える範囲であり得る。ライン４２４の飽和した合成ガスは硫化カルボニルを含み得るが、これは、ガスシフト装置４３０によって、少なくとも部分的に、硫化水素に加水分解され得る。
【００５３】
ガスシフト装置４３０は、ライン４３２を通るシフト反応を受けた合成ガスを得るように、飽和した合成ガスを転化するために用いられ得る。１つ又は複数の実施形態において、ガスシフト装置４３０は、一酸化炭素を二酸化炭素に転化させることによって合成ガスの水素と一酸化炭素の比を調節するように、１つ又は複数のシフト転化器を含み得る。ガスシフト装置４３０には、これらに限らないが、１段階断熱固定床反応器、段階間の冷却を伴う多段階断熱固定床反応器、水蒸気生成又は低温急冷（ｃｏｌｄ ｑｕｅｎｃｈ）反応器、水蒸気発生又は冷却を伴う管状固定床反応器、流動床反応器、又はこれらの任意の組合せが含まれ得る。
【００５４】
１つ又は複数の実施形態において、コバルト−モリブデン触媒が、ガスシフト装置４３０に組み入れられ得る。コバルト−モリブデン触媒は、硫化水素の存在下に、例えば約１００ｐｐｍｗの硫化水素の存在下に、約２９０℃の温度で機能し得る。コバルト−モリブデン触媒が含硫黄シフト（ｓｏｕｒ ｓｈｉｆｔ）を実施するために使用される場合、それに続く下流の硫黄除去は、どのような硫黄除去方法及び／又は技術を用いて実施されてもよい。
【００５５】
ガスシフト装置４３０は、直列に配置された２つの反応器を含み得る。第１の反応器は、これらに限らないが、銅−亜鉛−アルミニウム、酸化鉄、亜鉛フェライト、マグネタイト、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せであり得る触媒を用い、比較的速い反応速度で、ライン４２４の飽和した合成ガス中に存在する一酸化炭素の大部分を二酸化炭素に転化するように、約２６０℃から約４００℃の高温で操作され得る。第２の反応器は、二酸化炭素及び水素への一酸化炭素の転化を最大化するように、約１５０℃から約２００℃の比較的低い温度で操作され得る。第２の反応器は、これらに限らないが、銅、亜鉛、銅で促進されるクロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せが含まれる触媒を使用し得る。ガスシフト装置４３０は、シフト反応を受けた合成ガスから熱を回収し得る。回収された熱は、ライン４２４の飽和した合成ガスを、それがガスシフト装置４３０に入る前に、予備加熱するために使用され得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、合成ガスサチュレータ４２０の熱負荷の少なくとも一部を供給し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、シフト反応器への供給ガスを予備加熱する、及び／又は中圧水蒸気を生成し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、リサイクルされた凝縮物を予備加熱し得る、又はＳＮＧ設備３００に導入される補給水を予備加熱し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、酸性ガス除去装置４６０の熱負荷の少なくとも一部を供給し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、炭素質供給原料及び／又はＳＮＧ設備３００内の他の設備を乾燥するための熱の少なくとも一部を提供し得る。
【００５６】
飽和した合成ガスが、シフト反応を受けた合成ガスを生成するシフト反応を受けた後、シフト反応を受けた合成ガスは、ライン４３２を通してガス冷却器４４０に導入され得る。ガス冷却器４４０は、間接的な熱交換器であり得る。ガス冷却器４４０は、ライン４３２のシフト反応を受けた合成ガスから、ガスシフト装置４３０によって回収されなかった熱の少なくとも一部を回収し得る。ガス冷却器４４０は、シフト転化され冷却された合成ガス及び第２凝縮物を生成し得る。シフト転化され冷却された合成ガスは、ライン４４９を通りガス冷却器４４０を出て行き得る。４４０からの第２プロセス凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６を通った後、ライン４４２を通してサチュレータ４２０に導入され得る。
【００５７】
ＣＯＳ加水分解装置４８０は、ライン４１６の冷却された合成ガス中の硫化カルボニルを、硫化水素に転化し得る。ＣＯＳ加水分解装置４８０は、かなりの数の並列硫化カルボニル反応器を含み得る。例えば、ＣＯＳ加水分解装置４８０は、２つ以上、３つ以上、４つ以上、５つ以上、又は１０以上の並列硫化カルボニル反応器を有し得る。ライン４１６の濾過された合成ガスは、ＣＯＳ加水分解装置４８０に入り、並列硫化カルボニル反応器を通ることができ、硫化水素・合成ガスはライン４８２を通してＣＯＳ加水分解装置４８０を出て行き得る。ライン４８２の硫化水素・合成ガスは、約１ｐｐｍｖ以下の硫化カルボニル濃度を有し得る。ライン４８２の硫化水素・合成ガスの熱は、回収でき、ボイラー供給水を予備加熱するために、炭素質供給原料を乾燥するために、ＳＮＧ設備３００の他の部分の熱源として、又はこれらを組み合わせて使用され得る。熱交換器（示されていない）が、ライン４８２の硫化水素・合成ガスから熱を回収するために使用され得る。例示的な熱交換器には、シェル・アンド・チューブ熱交換器、同心流熱交換器、又は他の任意の熱交換装置が含まれ得る。熱がライン４８２の硫化水素・合成ガスから回収された後、ライン４８２の硫化水素・合成ガスは、アンモニア洗浄除去装置４９０に導入され得る。
【００５８】
アンモニア洗浄除去装置４９０は、ライン４８２の硫化水素・合成ガスからアンモニアを除去するために水を用い得る。ライン４８８を通る水が、アンモニア・スクラバ４９０に導入され得る。ライン４８８を通る水は、ＳＮＧ生成設備３００の他の部分からのリサイクル水であり得る、又は外部の源から供給される補給水であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４８８を通してアンモニア・スクラバ４９０に供給される水は、炭素質供給原料の乾燥の間に生成する水を含み得る。冷却された合成ガスを洗浄するために使用される、ライン４８８を通る水は、約５０℃から約６４℃の範囲の温度で供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、この水は、約５４℃の温度を有し得る。水はまた、合成ガス中の任意のフッ化物及び／又は塩化物の少なくとも一部も除去し得る。したがって、アンモニア、フッ化物、及び／又は、塩化物を含む廃水が、アンモニア・スクラバによってもたらされ、アンモニア・スクラバ４９０からの廃水は、ライン４９２を通してガス冷却器４４０に導入され、一緒にされた凝縮物を得るように、第２プロセス凝縮物と一緒にされ得る。一緒にされた凝縮物は、ライン４４４を通してフラッシュガス分離器４４６に供給でき、任意のフラッシュガス分離器が使用され得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６に入る前に、予備加熱され得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、約２，５４８ｋＰａから約５，９２２ｋＰａの範囲の圧力を有し得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６においてフラッシュされ得る。一緒にされた凝縮物がフラッシュされるとき、フラッシュしたガス及び凝縮物が生成され得る。フラッシュしたガスはアンモニアを含み得る。フラッシュしたガスは、ライン４４８を通してガス化装置２０５にリサイクルして戻され得る。凝縮物はライン４４２を通してサチュレータ４２０にリサイクルされ得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４４８のフラッシュしたガス中のアンモニアは、ガス化装置２０５内で窒素及び水素に転化され得る。
【００５９】
洗浄された合成ガスは、アンモニア・スクラバ４９０から、ライン４９４を通してガス化装置２０５に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４９４の洗浄された合成ガスの一部は、ライン４９６を通してガス化装置２０５にリサイクルして戻され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４９４の洗浄された合成ガスの別の部分は、ライン４９７を通る混合合成ガスを得るように、ライン４４９のシフト反応を受け冷却された合成ガスと一緒にされ得る。ライン４９７の混合合成ガスは、予備加熱され、水銀除去装置４５０に導入され得る。ライン４９７の混合合成ガスは、約６０℃から約７１℃、約２０℃から８０℃、又は約６０℃から約９０℃の範囲の温度を有し得る。
【００６０】
水銀除去装置４５０は、これに限らないが、処理される合成ガス中に存在する水銀の、すべてではないとしても、かなりの量を吸着し得る活性炭床を含み得る。水銀除去装置４５０からライン４５２を通して回収される処理された合成ガスは、酸性ガス除去装置４６０に導入され得る。
【００６１】
酸性ガス除去装置４６０は、処理された合成ガスから二酸化炭素を除去し得る。酸性ガス除去装置４６０は、これに限らないが、物理的溶媒に基づく２段階酸性ガス除去設備を含み得る。物理的溶媒には、これらに限らないが、Ｓｏｌｅｘｏｌ（商標）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ（商標）（低温メタノール）、又はこれらの組合せが含まれ得る。１つ又は複数の実施形態において、処理された合成ガスから何らかの酸性ガスの少なくとも一部を除去して、ライン１１８を通る処理された合成ガスを得るように、１種又は複数のアミン溶媒（例えば、メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ））が使用され得る。処理された合成ガスはライン１１８を通してメタネーター５００に導入され得る。ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％から約４０ｍｏｌ％の高値までの二酸化炭素含量を有し得る。ライン１１８の処理された合成ガスは、約０．１ｐｐｍｖ以下の全硫黄含量を有し得る。
【００６２】
二酸化炭素は、低圧の二酸化炭素に富む流れとして、ライン４６４を通して回収され得る。ライン４６４の二酸化炭素含量は、約９５ｍｏｌ％以上の二酸化炭素であり得る。低圧二酸化炭素流は、２０ｐｐｍｖ未満の硫化水素含量を有し得る。低圧二酸化炭素流は、ライン４６４を通して炭素取扱い圧縮ユニット４７０に導入され得る。ライン４６４の低圧二酸化炭素流は、１つ又は複数の圧縮系列に曝され、二酸化炭素は、約１３，８９０ｋＰａから約２２，１６５ｋＰａの範囲の圧力の高密度相流体として、ライン４７２を通って炭素取扱い圧縮ユニット４７０を出て行き得る。１つ又は複数の実施形態において、高密度相流体は、オイル回収の向上に使用され得る、又は隔離され得る。１つ又は複数の実施形態において、炭素取扱い圧縮ユニット４７０は、４段階コンプレッサ又は任意の他のコンプレッサであり得る。例示的なコンプレッサには、電気駆動を有する４段階中間冷却遠心コンプレッサが含まれ得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４７２の二酸化炭素流は、二酸化炭素パイプライン仕様に従い得る。
【００６３】
酸性ガス除去装置４６０はまた、処理されたガスから硫黄も除去し得る。硫黄は硫化水素に富む流れとして濃縮され得る。硫化水素に富む流れは、硫黄の回収のために、ライン４６２を通して硫黄回収ユニット４６６に導入され得る。例として、硫黄回収ユニット４６６は、酸素で燃料させるクラウス（Ｃｌａｕｓ）ユニットであり得る。ライン４６２の硫化水素の流れは、硫黄回収ユニット４６６において燃やされるとき、テイルガスが生成され得る。テイルガスは、圧縮され、ライン４６８を通して、酸性ガス除去装置４６０の上流にリサイクルされ得る。
【００６４】
ライン１１８の処理されたガスの一部は、ライン４９９を通して取り出され、燃料ガスとして使用され得る。燃料ガスはＳＮＧ設備３００のための動力を提供するために燃焼され得る。ライン１１８の残りの処理された合成ガスは、メタネーター５００に導入され得る。処理された合成ガスは、０ｍｏｌ％から約５０ｍｏｌ％の窒素、及び約０ｍｏｌ％から約５ｍｏｌ％の高値までの範囲のアルゴン含量を有し得る。
【００６５】
ライン１２０を通る熱伝達媒体が、図１及び２を参照して上で説明され記載されたように、メタネーター５００に導入され得る。メタネーター５００は、ライン５０９を通るメタン化凝縮物をもたらし得る。ライン５０９のメタン化凝縮物の少なくとも一部は、ＳＮＧ設備３００にリサイクルして戻され得る。１つ又は複数の実施形態において、メタン化凝縮物は、ライン５０９を通してフラッシュガス分離器４４６に、リサイクルして戻され、メタン化凝縮物は、ライン４４２の凝縮物の少なくとも一部を提供するために、前記の一緒にされた凝縮物と共に、フラッシュガス分離器４４６において、フラッシュされ得る。
【００６６】
別の実施形態において、ライン５０９のメタン化凝縮物は、ガス冷却器４４０、サチュレータ４２０、又はＳＮＧ設備３００の他の部分にリサイクルして戻され得る。メタネーター５００は、ライン１２４を通して合成ガス冷却器３０５に高圧水蒸気を供給し得る。合成ガス冷却器３０５は、上で説明され記載されたように、ライン１１０を通る過熱高圧水蒸気を得るように、高圧水蒸気を過熱し得る。過熱高圧水蒸気は、ＳＮＧ設備３００のための電気を生成するように、１つ又は複数の水蒸気タービン発電機に導入され得る。
【００６７】
１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つの、又は２０のメタネーター反応器さえ含み得る。メタネーター５００はまた、メタネーター反応器の各々において適正な温度が保たれることを保証するために、様々な熱交換器及び混合備品も含み得る。反応器は、メタン化触媒を含み得る。メタン化触媒には、ニッケル、ルテニウム、別の一般的なメタン化触媒物質、又はこれらの組合せが含まれ得る。メタネーター５００は、約１５０℃から約１，０００℃の温度に保たれ得る。メタネーター５００は、ライン１２２を通して、ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０にＳＮＧを供給し得る。
【００６８】
１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、並列に配置された３つの反応器を含むことができ、４つ目の反応器は、３つの並列の反応器（示されていない）と直列であり得る。３つの並列の反応器は、４つ目の反応器に導入される全ＳＮＧの一部を供給し得る。３つの反応器はまた、リサイクル流を有していてもよく、この流れは、３つの反応器の各々の入口にＳＮＧの一部をリサイクルして戻し得る。ＳＮＧは、４つ目の反応器からライン１２２を通してＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０に供給され得る。
【００６９】
ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０は、百万標準立方メートル（Ｍｓｃｍ）当たり約３．５キログラム以下の水にまで、ライン１２２のＳＮＧを脱水し得る。脱水は、通常のトリ−エチレングリコール・ユニットにおいて実施され得る。脱水の後、ライン１２２のＳＮＧは、圧縮され、冷却され、ライン５１２を通してエンドユーザー又はパイプラインに導入され得る。ライン５１２のＳＮＧは、約１，３７９ｋＰａから約１２，４１１ｋＰａの範囲の圧力、約２０℃から約７５℃の温度を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２２のＳＮＧは、圧縮され、圧縮後、ライン１２２のＳＮＧは脱水され得る。
【００７０】
理論的実施例（ｐｒｏｐｈｅｔｉｃ ｅｘａｍｐｌｅ）
（実施例Ｉ）
本発明の実施形態は、以下の模擬プロセスによりさらに説明することができる。上に記載の１つ又は複数の設備は、理論的に、ワイオミング州パウダー川流域（Ｗｙｏｍｉｎｇ Ｐｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ、「ＷＰＲＢ」）石炭で使用され得る。ＷＰＲＢ石炭には、下の表１に示す組成を与えた。
【表１】
【００７１】
ガス化装置２０５からライン１０６を通る原料合成ガスの模擬組成は、表２に示す組成を有すると計算した。
【表２】
【００７２】
模擬プロセス条件に基づいて、ＷＰＲＢ石炭のガス化から得られる合成ガスが、上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態に従って処理されるとき、ライン１１８を通してメタネーター５００に導入される処理された合成ガスは、表３に示される組成を有し得る。
【表３】
【００７３】
上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態によるプロセスを用いて、ＷＰＲＢ石炭から、ＳＮＧを生成するに際しての、計算された供給物の要件及びいくらかの副生成物生成は、表４に示すようであり得る。供給物要件及び副生成物（二酸化炭素）生成は、約３６ＭＪ／ｓｃｍの発熱量を有するＳＮＧを１日当たり約４３０万標準立方メートル製造するという仮定を用いて計算した。
【表４】
【００７４】
ＡＲは、トン／日で表した、計算された無処理石炭供給速度であり、無処理石炭は２７．２１ｗｔ％のＷＰＲＢ石炭の水分含量を有していた。ＡＦは、石炭がガス化装置２０５に導入されるときの計算された石炭供給速度であり、石炭は１７．８９ｗｔ％のＷＰＲＢ石炭の水分含量を有していた。１トンの石炭当たりの酸素は、水分及び灰分を除いた上で計算した。ＳＮＧ設備（これは、ＷＰＲＢ石炭に由来する合成ガスを用いる）への計算された補給水は、約１．１４立方メートル／分（ＣＭＰＭ）である。燃料ガスは、４．３Ｍｓｃｍｄの目標とするＳＮＧ製造を達成するのに必要とされる処理された合成ガスを上回って製造された、処理された合成ガスであり、これは、ＳＮＧ設備で燃料として使用され得る。表４に挙げられた副生成物（二酸化炭素）に加えて、ＷＰＲＢ石炭を用いて生成する他の副生成物は、約３３トン／日の速度の硫黄、及び約８１４トン／日の速度の灰分を含むと計算された。
【００７５】
（実施例ＩＩ）
上で記載された１つ又は複数の設備は、理論的に、ノースダコタ亜炭で使用され得る。ノースダコタ亜炭には、下の表５に下に示す組成物を与えた。
【表５】
【００７６】
ガス化装置２０５からライン１０６を通る原料合成ガスの模擬組成は、表６に示す組成を有すると計算した。
【表６】
【００７７】
模擬プロセス条件に基づいて、ノースダコタ亜炭のガス化による、ライン１０６を通る原料合成ガスが、上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態に従って処理されるとき、メタネーター５００に導入される、ライン１１８を通る処理された合成ガスは、表７に示される組成を有し得る。
【表７】
【００７８】
ノースダコタ亜炭による、計算された供給物の要件及びＳＮＧ製造の間に生成するいくつかの副生成物は、表８に示すようであり得る。表８の値は、３つのガス化装置２０５の使用に基づいていた。供給物要件及び副生成物生成は、約３６ＭＪ／ｓｃｍの発熱量を有する約４．３ＭｓｃｍｄのＳＮＧの製造を仮定して計算した。
【表８】
【００７９】
ＡＲは、トン／日で表した、計算された無処理石炭供給速度であり、無処理石炭は２９．８２ｗｔ％のノースダコタ亜炭の水分含量を有していた。ＡＦは、石炭がガス化装置２０５に導入されるときの計算された石炭供給速度であり、石炭は１７．８９ｗｔ％のノースダコタ亜炭の水分含量を有していた。１トンの石炭当たりの酸素は、水分及び灰分を除いた上で計算した。ＳＮＧ設備（これは、ノースダコタ亜炭に由来する合成ガスを用いる）への計算された補給水は、約０．２６７ＣＭＰＭである。表８に挙げられた副生成物（二酸化炭素）に加えて、ノースダコタ亜炭を用い生成する他の副生成物は、約７９トン／日の速度の硫黄、及び約１，５２１トン／日の速度の灰分を含むと計算した。
【００８０】
模擬補助動力要求
以下の節は、ＳＮＧ施設の補助動力負荷要求、発電の概念、及び電力要求の不足分を満たす選択肢について検討する。バッテリーリミット外（ｏｕｔｓｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｌｉｍｉｔ、「ＯＳＢＬ」）の水蒸気及び動力設備は、水蒸気発生設備及び発電設備を含む。バッテリーリミット内（「ＩＳＢＬ」）のプロセス・ユニットは、廃熱回収からかなりの量の水蒸気を生成し、これは、１つ又は複数の水蒸気タービン発電機（「ＳＴＧ」）で電力をつくるために使用され得る。具体的な配置構成は、電力の不足分に関する決定に依存し得る。例えば、十分な電力が地域の電力供給網から競争価格で信頼して利用できる場合、電力要求の不足分は購入され得る。しかし、十分な電力が信頼して利用できない場合、ＳＮＧ施設は、電気的に、「アイランドモード（ｉｓｌａｎｄ ｍｏｄｅ）」で運転でき、オンサイトですべての電力を発生させることができる。本発明のＳＮＧ設備は他のＳＮＧ設備より効率的であるため、アイランドモードは、本発明のＳＮＧ設備で可能である。考慮される基本的な設計の選択肢は、以下を含む：
ａ）基本ケース−電力要求の不足分を供給網から購入する。
ｂ）選択肢１−アイランド操作、電力の不足分を燃焼ボイラー及びより大きなＳＴＧにより供給。
ｃ）選択肢２−アイランド操作、電力の不足分をガスタービン発電機（ＧＴＧ）、廃熱回収ボイラー（ｈｅａｔ ｒｅｃｖｅｒｙ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＨＲＳＧ）、及びより大きなＳＴＧにより主に供給。
【００８１】
表９及び１０は、ＷＰＲＢ及びノースダコタ亜炭のケースについて、水蒸気及び発電設備の基本的な性能パラメータを要約する。
【００８２】
ＷＰＲＢのケースの説明
模擬ＷＰＲＢ石炭のケースでは、目標とする４．３ＭｓｃｍｄのＳＮＧ生産速度に対して、製造される合成ガス（燃料ガス）に余剰がある。基本ケースの選択肢において、この余剰合成ガスは、より多くの電力をＳＴＧにより生成するためにボイラー燃料として使用され、電力の不足分はオフサイトで購入され得る。選択肢１及び２では、電力の不足分は、オンサイトで生成される。ガス化装置から生成する合成ガスの量を固定して、燃料として合成ガスを用いると、示されているように、選択肢１におけるＳＮＧの正味の生産は減少し得る。選択肢２では、わずかな余剰合成ガスが、電力発生の要求を満たした上で、利用できる（即ち、表９は、選択肢２では、負荷よりわずかに多い電力発生を示す）。これは、選択肢１に対して選択肢２のより高い効率のためである。超過の合成ガスは、ＳＮＧ生産をわずかに増すために使用され得る、又は合成ガス要求がバランスを保つように、コジェネサイクルがずらされ得る。例えば、１つ又は複数のＧＴＧでの負荷は減らすことができ、１つ又は複数のＨＲＳＧでのダクト燃焼（ｄｕｃｔ ｆｉｒｉｎｇ）は増やすことができる。
【表９】
【００８３】
ノースダコタ亜炭のケースの説明
ノースダコタ亜炭のケースでは、基本ケースの選択肢において、電力の不足分はオフサイトから購入される。選択肢１及び２において、電力の不足分はオンサイトで発生される。追加の燃料ガスは利用できないので、選択肢１及び２での余分の燃料の必要は、ＳＮＧ製造における相当する減少として示されている。
【表１０】
【００８４】
特定の実施形態及び特徴が、１組の数値の上限及び１組の数値の下限を用いて説明された。特に断らなければ、任意の下限から任意の上限までの範囲が想定されていることが理解されるべきである。特定の下限、上限及び範囲は、下の１つ又は複数の請求項に現れる。すべての数値は、「約」又は「ほぼ」その示された値であり、当業者によって予想されると思われる数値の誤差及び変動を考慮に入れている。
【００８５】
様々な用語が上で定義された。請求項において使用される用語が上で定義されていないのであれば、その用語は、当業者が、少なくとも１つの印刷刊行物又は発行された特許に示されるとして、その用語に与えた最も広い定義を与えられるべきである。さらに、本出願において引用されているすべての特許、試験手順、及び他の文書は、それらの開示が本出願と矛盾しない範囲内で、またこのような組込みが許されるすべての法域に対して、参照によって全体として組み込まれる。
【００８６】
前記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決められる。
【符号の説明】
【００８７】
１００ 例示的ＳＮＧ設備
１０１ 空気
１０２ 炭素質供給原料
１０４ 酸化剤
１０６ 原料合成ガス
１０８ 熱伝達媒体（プロセス水、ボイラー供給水）
１１０ （過熱高圧）水蒸気
１１２ 熱伝達媒体（水蒸気）
１１４ （過熱高圧）水蒸気
１１６ 冷却された合成ガス
１１８ （精製）処理された合成ガス
１２０ 熱伝達媒体
１２２ メタン化合成ガス又はＳＮＧ
１２４ （高圧）水蒸気、加熱された熱伝達媒体
１２７ 水蒸気
２００ 別の例示的ＳＮＧ設備
２０５ ガス化装置
２１５ 混合ゾーン
２２０ ライザー
２２２ 空気分離器ユニット
２２３ 窒素
２３０ 分離器
２４５ 微粒子移動装置
２５０ スタンドパイプ
２５５ 微粒子（再循環固体）、Ｊ−レッグ
３００ 別の例示的ＳＮＧ設備
３０５ 合成ガス冷却器
３１０ 第１熱交換器（第１ゾーン、ボイラー）
３１５ 冷却された原料合成ガス
３２０ 第２熱交換器（第２ゾーン、過熱器）
３２５ 冷却された原料合成ガス
３３０ 第３熱交換器（第３ゾーン、エコノマイザ）
３３８ 凝縮物
３４０ 水蒸気ドラム又は分離器
３４２ 水蒸気
３４４ 水蒸気
３４６ 凝縮物
３５０ 過熱水蒸気、過熱高圧水蒸気
３６０ 水蒸気タービン
３８０ 発電機
３９０ 凝縮物
４００ 合成ガス精製設備
４１０ 微粒子制御装置
４１２ 固体微粒子
４１４ 濾過された合成ガス
４１５ 濾過された合成ガスの一部
４１６ 濾過された合成ガスの一部
４１８ 補給水
４２０ サチュレータ
４２２ ブローダウン
４２４ 飽和した合成ガス
４３０ ガスシフト装置
４３２ シフト反応を受けた合成ガス
４４０ ガス冷却器
４４２ 凝縮物
４４４ 一緒にされた凝縮物（アンモニア・スクラバからの廃水＋第２凝縮物）
４４６ フラッシュガス分離器
４４８ フラッシュしたガス
４４９ シフト転化され冷却された合成ガス
４５０ 水銀除去装置
４５２ 処理された合成ガス
４６０ 酸性ガス除去装置
４６２ 硫化水素に富む流れ
４６４ 低圧の二酸化炭素に富む流れ
４６６ 硫黄回収ユニット
４６８ テイルガス
４７０ 炭素取扱い圧縮ユニット
４７２ 高密度相流体（二酸化炭素）
４８０ ＣＯＳ加水分解装置
４８２ 硫化水素・合成ガス
４８８ 水
４９０ アンモニア洗浄除去装置（スクラバ）
４９２ 廃水
４９４ 洗浄された合成ガス
４９６ 洗浄された合成ガスの一部
４９７ 混合合成ガス
４９９ 処理された合成ガスの一部（燃料ガス）
５００ メタネーター
５０９ メタン化凝縮物
５１０ ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置
５１２ 脱水、圧縮、冷却されたＳＮＧ
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年７月１６日に出願の米国特許仮出願第６１／０８１３０４号（参照によって本明細書に組み込まれる）の利益を主張する。
【０００２】
本実施形態は、一般に、合成天然ガスの製造設備及び方法に関する。本実施形態は、低品位炭（ｌｏｗ ｇｒａｄｅ ｃｏａｌ）供給原料又は他の炭素質供給原料を用いる、合成天然ガスの製造設備及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス化を用いるクリーン・コール（ｃｌｅａｎ ｃｏａｌ）テクノロジーは、全世界のエネルギー需要を満たす前途有望な取り得る道である。大部分の既存の石炭ガス化プロセスは、高石炭化度（ｈｉｇｈ ｒａｎｋ）（瀝青）炭及び石油精製廃棄物で、最もうまく実施されるが、低品位炭を処理するときに操作するのには非効率で、信頼性が劣り、費用がかかる。低石炭化度炭及び高灰分炭を含むこれらの低品位炭の埋蔵資源は、大量に利用できるにもかかわらず、エネルギー源として十分に活用されないままである。メタン化及び二酸化炭素処理と結び付けた石炭ガス化は、環境上適正なエネルギー源を提供する。合成又は代替天然ガス（「ＳＮＧ」）は、頼りにできる燃料供給をもたらすことができる。ＳＮＧは、適切な設備により、石炭源の近くで製造され得る。ＳＮＧは、製造場所から、すでに存在する天然ガスパイプラインのインフラストラクチャーに輸送でき、このことは、ＳＮＧの製造を、製造しなければ低品位炭を採掘し輸送することが余りに高くつくと思われる地域において、経済的にする。別のこととして、発展途上国において、都市内の非効率で汚染する多数の施設でのエネルギー源として低品位炭を輸送し使用する代わりに、人口密度の高い都市に向けたクリーンで効率的なＳＮＧの製造及び供給は、汚染物質及び炭素回収を効果的に軽減する手段を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＮＧ生成に伴う典型的な問題は、大きな補助動力及びプロセス水の必要性である。しばしば、大量の外部動力が、ＳＮＧ製造設備を運転するために必要とされ、設備のプロセスに対応するために大量の水がＳＮＧ製造設備に供給される必要がある。ＳＮＧ製造設備を運転するために必要とされる大量の水及び外部動力は、製造コストを大幅に上昇させ得る、またＳＮＧ生成設備が配置され得る場所を限定し得る。
【０００５】
したがって、外部動力及び水についての要求を減らす、石炭からＳＮＧを製造するための一層効率的な設備及び方法が求められている。
【０００６】
上に記された本発明の特徴が詳細に理解され得るように、上に手短に要約された本発明のより詳細にわたる説明が、実施形態（これらのいくつかが添付図に例示されている）を参照することによって提供され得る。しかし、添付図は、本発明の典型的な実施形態だけを例示しており、本発明は他の同様に効果的な実施形態を認め得るので、したがって、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的なＳＮＧ設備の概略図である。
【図２】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的な別のＳＮＧ設備の概略図である。
【図３】記載される１つ又は複数の実施形態による例示的な別のＳＮＧ設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
これから、詳細な説明が行われる。添付の特許請求の範囲の各項は別個の発明を定め、これは、侵害の意図に対して、特許請求の範囲に指定される様々な要素又は制限に対する均等物を含むと認められている。コンテクストに応じて、下での「本発明」への言及のすべては、いくつかの場合には、特定の具体的な実施形態だけを表し得る。他の場合には、「本発明」への言及は、特許請求の範囲の一項又は複数において（しかし必ずしもすべての項においてではない）記される主題を表すことが認められるであろう。これから、本発明の各々が、具体的な実施形態、変形形態及び実施例を含めて、下でより詳細に説明されるが、本発明はこれらの実施形態、変形形態及び実施例に限定されず、それらは、本特許の情報が利用可能な情報及び技術と組み合わされるときに、当業者が本発明を実施し利用することを可能にするために含められている。
【０００９】
合成天然ガスを製造するための設備及び方法が提供される。この方法は、原料合成ガス（ｒａｗ ｓｙｎｇａｓ）を得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化することを含み得る。原料合成ガスは、冷却された原料合成ガスを得るように、冷却され得る。冷却された原料合成ガスは、処理された合成ガスを得るように、精製設備において処理され得る。精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含み得る。処理された合成ガスは、水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、合成天然ガスに転化され得る。メタン化凝縮物は、フラッシュガス分離器に導入され得る。
【００１０】
図１は、１つ又は複数の実施形態による例示的ＳＮＧ設備１００を示す。ＳＮＧ設備１００は、１つ又は複数のガス化装置２０５、１つ又は複数の合成ガス冷却器３０５、１つ又は複数の合成ガス精製設備４００、及び１つ又は複数のメタネーター（ｍｅｔｈａｎａｔｏｒ）５００を含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通る炭素質供給原料、ライン１２７を通る水蒸気、及びライン１０４を通る酸化剤が、ライン１０６を通る原料合成ガスを得るように、ガス化装置２０５に導入され得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、約５７５℃から約２，１００℃の範囲の温度で、ガス化装置２０５を出て行き得る。例えば、ライン１０６の原料合成ガスは、約８００℃、約９００℃、約１，０００℃、又は約１，０５０℃の低値から、約１，１５０℃、約１，２５０℃、約１，３５０℃、又は約１，４５０℃の高値までの範囲の温度を有し得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、ライン１１６を通る冷却された合成ガスを得るように、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。
【００１１】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６を通る原料合成ガスは、ライン１０８及び／又はライン１１２を通して導入される熱伝達媒体を用いて冷却され得る。示されていないが、非限定的実施形態において、ライン１０８及び／又は１１２の熱伝達媒体は、合成ガス精製設備４００からのプロセス流又は凝縮物を含み得る。熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水、過熱低圧水蒸気、過熱中圧水蒸気、過熱高圧水蒸気、飽和低圧水蒸気、飽和中圧水蒸気、飽和高圧水蒸気などであり得る。ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５へ導入される原料合成ガスからの熱は、ライン１０８及び／又は１１２を通して導入される熱伝達媒体へ間接的に伝達され得る。例えば、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に導入される原料合成ガスからの熱は、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧蒸気を得るように、ライン１０８及び／又は１１２を通して導入されるボイラー供給水に間接的に伝達され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１６を通る冷却された合成ガスは、ライン１１８を通る精製された合成ガスを得るように、精製設備４００に導入され得る。
【００１２】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８を通る精製された合成ガス及びライン１２０を通る熱伝達媒体が、ライン１２２を通るメタン化合成ガス又はＳＮＧ、及びライン１２４を通る水蒸気を得るように、メタネーター５００に導入され得る。精製された合成ガスのメタン化は、熱を発生する発熱反応である。精製された合成ガスのメタン化の間に発生する熱は、ライン１２４を通る水蒸気を得るように、ライン１２０を通して導入される熱伝達媒体に間接的に伝達され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４、１１２は、プロセス凝縮物、メタン化凝縮物、水蒸気、及び／又はこれらの組合せを含み得る。
【００１３】
ライン１２０の熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水などであり得る。例えば、ライン１２０を通してメタネーター５００に導入されるボイラー供給水は、低圧水蒸気、中圧水蒸気、高圧水蒸気、飽和低圧水蒸気、飽和中圧水蒸気、又は飽和高圧水蒸気を得るように、加熱され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気の少なくとも一部は、ライン１１２を通して導入される熱伝達媒体として、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気の別の部分は、ＳＮＧ生成設備１００内の様々なプロセス・ユニット（示されていない）に供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気は、約２５０℃以上、約３５０℃以上、約４５０℃以上、約５５０℃以上、約６５０℃以上、約７５０℃以上の温度を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４の水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約７，５００ｋＰａ以上、約９，５００ｋＰａ以上、約１１，５００ｋＰａ以上、約１４，０００ｋＰａ以上、約１６，５００ｋＰａ以上、約１８，５００ｋＰａ以上、約２０，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力であり得る。例えば、ライン１２４の水蒸気は、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａ、又は約７，０００ｋＰａから約１０，０００ｋＰａの圧力であり得る。
【００１４】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１２の水蒸気は、ライン１１４を通る、過熱高圧水蒸気又はライン１１２におけるより高い温度及び／又は圧力の水蒸気を得るように、合成ガス冷却器３０５内でさらに加熱され得る。１つ又は複数の実施形態において、熱伝達媒体、例えば、ライン１０８を通して合成ガス冷却器３０５に導入されるボイラー供給水は、ライン１１０を通る過熱高圧水蒸気を得るように、加熱され得る。ライン１１０及び／又はライン１１４を通る水蒸気は、約４５０℃以上、約５５０℃以上、約６５０℃以上、又は約７５０℃以上の温度を有し得る。ライン１１０及び／又はライン１１４を通る水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約８，０００ｋＰａ以上、約１１，０００ｋＰａ以上、約１５，０００ｋＰａ以上、約１７，０００ｋＰａ以上、約１９，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力を有し得る。
【００１５】
示されていないが、１つ又は複数の実施形態において、ライン１１２の水蒸気は、熱伝達媒体混合物又は「混合物」を得るように、ライン１０８の熱伝達媒体と共に導入され得る又は別の仕方でそれと混合され得る。１つ又は複数の実施形態において、前記混合物は、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気を得るように、合成ガス冷却器３０５に熱伝達媒体として導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合物は、単一ライン（示されていない）を通して合成ガス冷却器３０５から回収され得る。
【００１６】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気の少なくとも一部は、ＳＮＧ設備１００のための補助動力を発生するために使用され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気の少なくとも一部は、ガス化装置２０５に導入され得る。例えば、ライン１１０及び／又はライン１１４を通る過熱高圧水蒸気は、例えば水蒸気タービンによる圧力低下の後、ガス化装置２０５に導入され得る。
【００１７】
１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、微粒子、アンモニア、硫化カルボニル、塩化物、水銀、及び／又は酸性ガスを除去し得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、冷却された合成ガスを水により飽和させ得る、一酸化炭素を二酸化炭素にシフト転化し得る、又はこれらの組合せを行い得る。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、これらに限らないが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、アルゴン、又はこれらの任意の組合せを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約１０ｍｏｌ％の低値から約８０ｍｏｌ％の高値の範囲の水素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約３０ｍｏｌ％の高値の範囲の一酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約４０ｍｏｌ％の高値の範囲の二酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％から約３０ｍｏｌ％の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約１ｍｏｌ％、約３ｍｏｌ％、約４．５ｍｏｌ％、又は約５ｍｏｌ％の低値から、約８ｍｏｌ％、約８．５ｍｏｌ％、約９ｍｏｌ％、又は約９．５ｍｏｌ％或いはこれを超える高値の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約５０ｍｏｌ％の高値の範囲の窒素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から約５ｍｏｌ％の高値の範囲のアルゴン含量を有し得る。ライン１１８を通る処理された合成ガスにおける低い不活性物濃度、例えば、低い窒素及びアルゴン濃度は、メタネーター５００からライン１２２を通して供給されるＳＮＧの発熱量（ｈｅａｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ）を増加させ得る。
【００１９】
ライン１１８を通る処理された合成ガスにおける比較的高いメタン濃度は、ＳＮＧ製造にとって有益であり、生成物の品質（例えば発熱量）をもたらし、また、メタネーター５００内の反応熱を抑えるための、生成物ガスのリサイクルの必要性を低下させ得る。このメタン濃度はまた、ＳＮＧ設備の補助動力消費、資本コスト、及び運転コストも低減し得る。
【００２０】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１１８を通る処理された合成ガスは、ライン１２２を通るＳＮＧを得るように、メタネーター５００に導入され得る。メタネーター５００は、水素及び一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の少なくとも一部をＳＮＧに転化するのに適する任意の装置、設備、又は設備及び／又は装置の組合せであり得る、或いはこれらを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２２のＳＮＧは、約０．０１ｍｏｌ％の低値から１００ｍｏｌ％の高値の範囲のメタン含量を有し得る。例えば、ライン１２２のＳＮＧは、約６５ｍｏｌ％、約７５ｍｏｌ％、又は約８５ｍｏｌ％の低値から、約９０ｍｏｌ％、約９５ｍｏｌ％、又は約１００ｍｏｌ％の高値の範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、約１５０℃、約４２５℃、約４５０℃、又は約４７５℃の低値から、約５３５℃、約５６５℃、又は約５９０℃の高値までの範囲の温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、約５９０℃、約６２０℃、又は約６４５℃の低値から、約６６０℃、約６７５℃、約７００℃、又は約１，０００℃の高値までの範囲の温度で操作され得る。
【００２１】
図２は、１つ又は複数の実施形態による別の例示的ＳＮＧ設備２００の概略図を示す。１つ又は複数の実施形態において、ＳＮＧ設備２００は、これらに限らないが、１つ又は複数のガス化装置２０５、１つ又は複数の合成ガス冷却器３０５、１つ又は複数の精製設備４００、及び１つ又は複数のメタネーター５００を含み得る。任意のガス化装置２０５、例えば図２に示されるガス化装置が使用され得る。ガス化装置２０５は、これらに限らないが、単一の反応器列、或いは直列又は並列に配置された２つ以上の反応器列を含み得る。各反応器列は、１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０、及び分離器（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｒ）２３０、２４０を含み得る。各反応器列は、他から独立に配置構成され得る、或いは１つ又は複数の混合ゾーン２１５、ライザー２２０、及び分離器２３０、２４０のいずれかが共有され得る状態に配置構成され得る。説明が簡単で容易なように、ガス化装置２０５の例示的実施形態は、図２に示されるように、単一反応器列に関連させてさらに説明される。
【００２２】
ライン１０２を通る供給原料、ライン１２７を通る水蒸気及びライン１０４を通る酸化剤は、ガス混合物を得るように、混合ゾーン２１５において一緒にされ得る。ライン１０２を通る供給原料は、適切な如何なる炭素質材料も含み得る。炭素質材料は、これに限らないが、固体、液体、ガス、又はこれらの組合せかどうかにかかわらず、１種又は複数の炭素含有材料を含み得る。１種又は複数の炭素含有材料には、これらに限らないが、石炭、コークス、石油コークス、分解残渣、全原油（ｗｈｏｌｅ ｃｒｕｄｅ ｏｉｌ）、原油、減圧軽油、重質軽油、残留物（ｒｅｓｉｄｕｕｍ）、常圧塔ボトム、真空塔ボトム、留出物、パラフィン、溶剤脱瀝ユニットからの芳香族に富む材料、芳香族炭化水素、アスファルテン、ナフテン、オイルシェール、オイルサンド、タール類、瀝青、油母、廃油、バイオマス（例えば、植物及び／又は動物物質或いは植物及び／又は動物由来物質）、タール、低灰分又は無灰分ポリマー、炭化水素系ポリマー材料、石油精製所及び石油化学プラントからの重質炭化水素スラッジ及びボトム産物（例えば、炭化水素ワックス）、生産操作に由来する副生成物、廃棄消費者製品（例えば、カーペット、並びに／又は、バンパー及びダッシュボードを含めて、自動車プラスチックパーツ／コンポーネント）、リサイクルプラスチック（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン、これらの誘導体、これらのブレンド）或いはこれらの任意の組合せが含まれ得る。したがって、このプロセスは、すでに製造された材料の適正な処分の要求に対応するのに有用であり得る。
【００２３】
１つ又は複数の実施形態において、石炭には、これらに限らないが、高ナトリウム及び／又は低ナトリウム亜炭、亜瀝青、瀝青、無煙炭、或いはこれらの任意の組合せが含まれ得る。炭化水素系ポリマー材料には、例えば、熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴムが含まれ、これらにはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン（他のポリオレフィンを含めて）、ポリウレタン、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、及びこれらのブレンド；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブレンド、他のポリオレフィン、酸素を含むポリ−炭化水素、これらの誘導体、これらのブレンド、並びにこれらの組合せが含まれ得る。
【００２４】
１つ又は複数の実施形態において、炭素質材料、例えば石炭の水分濃度に応じて、炭素質材料は、ガス化装置２０５に導入される前に乾燥され得る。炭素質材料は、１つ又は複数のボールミルのような製粉ユニットによって粉末にされ、減量された水分を含む炭素質材料を得るように、加熱され得る。例えば、炭素質材料は、約５０％未満の水分、約３０％未満の水分、約２０％未満の水分、約１５％未満の水分、又はこれより少ない水分を含む炭素質材料を得るように、乾燥され得る。炭素質材料は、ガス、例えば窒素の存在下に直接、或いはコイル、プレート又は他の熱伝達用具を通る何らかの熱伝達媒体を用いて間接的に、乾燥され得る。
【００２５】
ライン１０４を通して導入される酸化剤には、これらに限らないが、空気、酸素、本質的に酸素、酸素富化空気、酸素と空気の混合物、酸素と不活性ガス（例えば、窒素及びアルゴン）の混合物、並びにこれらの組合せが含まれ得る。本明細書において用いられる場合、「本質的に酸素」という用語は、５１ｖｏｌ％以上の酸素を含む供給酸素を表す。本明細書において用いられる場合、「酸素富化空気」という用語は、２１ｖｏｌ％を超える酸素を含む空気を表す。酸素富化空気は、例えば、空気の低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、又はこれらの任意の組合せから得ることができる。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０４を通して導入される酸化剤は、窒素を含まない又は本質的に窒素を含まない酸化剤であり得る。「本質的に窒素を含まない」によって、ライン１０４の酸化剤が、約５ｖｏｌ％未満の窒素、約４ｖｏｌ％未満の窒素、約３ｖｏｌ％未満の窒素、約２ｖｏｌ％未満の窒素、又は約１ｖｏｌ％未満の窒素を含むことを意味する。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２７を通る水蒸気は、どのようなタイプの適切な水蒸気であってもよく、例えば、低圧水蒸気、中圧水蒸気、高圧水蒸気、過熱低圧水蒸気、過熱中圧水蒸気、又は過熱高圧水蒸気であり得る。
【００２６】
ライン１０４を通して混合ゾーン２１５に導入される酸化剤の量は、炭素質固体及び／又は炭素質含有固体中の炭素質材料の全量を酸化するのに必要とされる化学量論的酸素の約１％から約９０％の範囲であり得る。ガス化装置２０５内の酸素濃度は、ガス化装置２０５における炭素のモル濃度に基づく化学量論的必要量の約１％、約３％、約５％、又は約７％の低値から、約３０％、約４０％、約５０％、又は約６０％の高値の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２０５内の酸素濃度は、ガス化装置２０５における炭素のモル濃度に基づく化学量論的必要量の約０．５％、約２％、約６％、又は約１０％の低値から、約６０％、約７０％、約８０％、又は約９０％の高値の範囲であり得る。
【００２７】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通して導入される炭素含有供給原料は、窒素含有化合物を含み得る。例えば、ライン１０２を通る供給原料は、炭素質材料の最も先進的な分析に基づいて、供給原料中に、約０．５ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、約１．５ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、又はこれを超える窒素を含む石炭又は石油コークスであり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０２を通して導入される供給原料に含まれる窒素の少なくとも一部は、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換され得る。１つ又は複数の実施形態において、供給原料中の約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％又はこれを超える窒素は、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換され得る。例えば、ガス化装置２０５内でアンモニアに変換される、供給原料中の窒素の量は、約２０％、約２５％、約３０％、又は約３５％の低値から、約７０％、約８０％、約９０％、又は約１００％の高値の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２７を通る水蒸気が混合ゾーン２１５に導入され得る。水蒸気及び酸化剤は、混合ゾーン２１５に、示されているように、別々に導入されても、又は、混合ゾーンへの導入の前に混合されてもよい（示されていない）。供給原料、水蒸気、及び酸化剤は、ガス化装置２０５に逐次的に導入され得る。供給原料、水蒸気、及び酸化剤は、ガス化装置２０５に同時に導入されてもよい。１つ又は複数の実施形態において、水蒸気は、供給原料、酸化剤、又はこれらの両方と混合され得る。ガス化装置２０５への供給（即ち、供給原料、水蒸気、及び酸化剤の導入）は、所望の生成物のタイプ及び原料合成ガスの品位に応じて、連続的、又は間欠的であり得る。１種又は複数の酸化剤は、ライン２５５を通して再循環される微粒子内に含まれる任意の炭素の少なくとも一部を燃焼させることによって、混合ゾーン２１５及びライザー２２０内の温度を上昇させるように、混合ゾーン２１５のボトムに導入され得る。
【００２８】
ガス化装置２０５は、灰分を溶融させない又は溶融灰分又はスラグを生じないような十分な温度範囲、例えば、約５５０℃から約２，０５０℃、約２７５℃から約９５０℃、又は約１，０００℃から約１，１５０℃で操作され得る。熱は、入ってくる供給原料に再循環固体が接触する前に、混合ゾーン２１５の下部において再循環固体中の炭素を燃焼させることによって供給され得る。操作開始は、混合ゾーン２１５を、約５００℃から約６５０℃の温度にもっていくことによって、また任意選択で、混合ゾーン２１５の温度を約９００℃までさらに上昇させるように粉コークス（ｃｏｋｅ ｂｒｅｅｚｅ）又はその等価物を混合ゾーン２１５に供給することによって、開始され得る。１つ又は複数の実施形態において、ガス化装置２０５は、約８７０℃から約１，１００℃、約８９０℃から約９４０℃、又は約８８０℃から約１，０５０℃の温度を有し得る。
【００２９】
ガス化装置２０５の操作温度は、ライザー２２０内の固体の再循環速度及び滞留時間によって；ライン２５５を通して混合ゾーン２１５にリサイクルされる前に灰分の温度を下げることによって；混合ゾーン２１５への水蒸気の添加によって；及び／又は、混合ゾーン２１５に添加される酸化剤の量を変えることによって制御され得る。ライン２５５を通して導入される再循環固体は、入ってくる供給原料を迅速に加熱するのに役立ち、これはまたタールの生成を減らし得る。
【００３０】
混合ゾーン２１５及びライザー２２０における滞留時間及び温度は、水−ガスシフト反応が平衡に近い状態に達し、タール・クラッキングに十分な時間を許容するのに十分であり得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約２秒を超え得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約５秒を超え得る。混合ゾーン２１５及びライザー２２０における供給原料の滞留時間は、約１０秒を超え得る。
【００３１】
１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、反応器単位横断面積当たりの熱出力を増し、原料合成ガスのエネルギー出力を向上させるように、約１００ｋＰａから約６，０００ｋＰａの圧力で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約６００ｋＰａ、約６５０ｋＰａ、又は約７００ｋＰａの低値から、約２，２５０ｋＰａ、約３，２５０ｋＰａ、又は約３，９５０ｋＰａ又はこれを超える高値の範囲の圧力で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約２５０℃、約４００℃、又は約５００℃の低値から、約６５０℃、約８００℃、又は約１，０００℃の高値の範囲の温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、混合ゾーン２１５は、約３５０℃から約９５０℃、約４７５℃から約９００℃、約８９９℃から約９２７℃、又は約６５０℃から約８７５℃の温度で操作され得る。
【００３２】
ガス混合物は、混合ゾーン２１５を通りライザー２２０へ流れることができ、そこで、さらなる滞留時間により、ガス化、水蒸気／メタン改質、タール・クラッキング、及び／又は水−ガスシフト反応が起こることが許される。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５より高い温度で操作され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５より小さな直径又は横断面積を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライザー２２０は、混合ゾーン２１５と同じ直径又は横断面積を有し得る。ライザー２２０における見かけのガス流速は、約３ｍ／ｓから約２７ｍ／ｓ、約６ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓ、約９ｍ／ｓから約２１ｍ／ｓ、又は約９ｍ／ｓから約１２ｍ／ｓ、又は約１１ｍ／ｓから約１８ｍ／ｓの範囲であり得る。ライザー２２０における適切な温度は、約５５０℃から約２，１００℃の範囲であり得る。例えば、ライザー２２０内における適切な温度は、約７００℃、約８００℃、約９００℃の低値から、約１０５０℃、約１１５０℃、約１２５０℃、又はこれを超える高値の範囲であり得る。
【００３３】
ガス混合物はライザー２２０を出て、分離器２３０、２４０に入り、そこで、微粒子の少なくとも一部は、ガスから分離され、これらに限らないが、スタンドパイプ２５０、及び／又はｊ−レッグ（ｌｅｇ）２５５を含めて、１つ又は複数の導管を通して混合ゾーン２１５へリサイクルして戻され得る。ｊ−レッグ２５５は、固体の有効滞留時間を増し、炭素の転化を増大させ、また混合ゾーン２１５に固体をリサイクルするための通気の必要性を最低限にするように、非機械的「ｊ−バルブ」、「Ｌ−バルブ」、又は他のバルブを含み得る。分離器２３０、２４０はサイクロンであり得る。１つ又は複数の微粒子移動装置２４５、例えば、１つ又は複数のループシール（ｌｏｏｐ ｓｅａｌ）は、分離された微粒子を捕集するために、分離器２３０，２４０の下流に置かれ得る。ライン１０６を通る原料合成ガスに伴出される又は残留する微粒子の少なくとも一部は、１つ又は複数の微粒子除去設備（示されていない）を用いて除去され得る。
【００３４】
１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、これらに限らないが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、アルゴン、又はこれらの任意の組合せを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約４０ｍｏｌ％の低値から約８０ｍｏｌ％の高値までの範囲の水素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約１５ｍｏｌ％の低値から、約２５ｍｏｌ％の高値までの範囲の一酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％の低値から、約４０ｍｏｌ％の高値までの範囲の二酸化炭素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、約５ｍｏｌ％、又は約１０ｍｏｌ％の低値から、約２０ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％、又は約４０ｍｏｌ％の高値までの範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約３．５ｍｏｌ％、約４ｍｏｌ％、約４．５ｍｏｌ％、又は約５ｍｏｌ％の低値から、約８ｍｏｌ％、約８．５ｍｏｌ％、約９ｍｏｌ％、又は約９．５ｍｏｌ％又はこれを超える高値までの範囲のメタン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、又は約２ｍｏｌ％の低値から、約３ｍｏｌ％、約６ｍｏｌ％、又は約１０ｍｏｌ％の高値までの範囲の窒素含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、空気又は過剰の空気が、酸化剤として、ライン１０４を通してガス化装置２０５に導入されるとき、ライン１０６の原料合成ガスにおける窒素含量は、約１０ｍｏｌ％から約５０ｍｏｌ％又はこれを超える範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、本質的に窒素を含まない酸化剤が、ライン１０４を通してガス化装置２０５に導入されるとき、ライン１０６の原料合成ガスにおける窒素含量は、約０ｍｏｌ％から約４ｍｏｌ％の範囲であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、約０ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、又は１ｍｏｌ％の低値から、約１．５ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、又は約３ｍｏｌ％の高値までの範囲のアルゴン含量を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０４を通して導入される本質的に窒素を含まない酸化剤は、約０．００１ｍｏｌ％の低値から約３ｍｏｌ％の高値までの範囲の、窒素及びアルゴンを合わせた濃度を有する、ライン１０６を通る原料合成ガスを生じ得る。
【００３５】
ライン１０２を通る供給原料の平均直径粒径は、スタンドパイプ２５０を通して混合ゾーンにリサイクルされる固体の微粒子密度を最適化するための制御変数として用いられ得る。ライン１０２を通して導入される供給原料の粒径は、微粒子質量循環速度を最適化し、また混合ゾーン２１５及びライザー２２０内のガス−固体の混合物の流動特性を改善するために、変えられ得る。ライン１２７を通る水蒸気は、反応物としても、また反応温度を制御するための調整剤としても、ガス化装置２０５に供給され得る。
【００３６】
１つ又は複数の実施形態において、１種又は複数の収着剤（ｓｏｒｂｅｎｔ）がガス化装置２０５に導入され得る。１種又は複数の収着剤は、合成ガスからの汚染物質、例えば、ガス化装置２０５内の気相におけるナトリウム蒸気を捕捉し得る。１種又は複数の収着剤は、酸素がガス化装置２０５内で供給原料からの水素（例えば、水）と望ましくない副反応を起こし得る濃度に達することを遅らせる又は防ぐのに十分な速度及びレベルで、酸素を捕捉し得る。１種又は複数の収着剤は、１種又は複数の供給原料と混合され得る、又は別の仕方で、それに添加され得る。１種又は複数の収着剤は、微粒子が凝集しようとする傾向を抑えるために、ガス化装置２０５内で供給原料粒子に振りかける又はそれらを被覆するために使用され得る。１種又は複数の収着剤は、約５ミクロンから約１００ミクロン、又は約１０ミクロンから７５ミクロンの平均粒径にまで粉砕され得る。例示的な収着剤には、これらに限らないが、炭素の豊富な灰分、石灰岩、ドロマイト、カオリン、微粉シリカ、及び粉コークスが含まれ得る。供給原料から放出される残留硫黄は、自然に存在する供給物のカルシウムにより、又はカルシウム系収着剤により、硫化カルシウムを生成させて、捕捉され得る。
【００３７】
合成ガス冷却器３０５は、１つ又は複数の熱交換器或いは熱交換ゾーンを含み得る。例示されているように、合成ガス冷却器３０５は、３つの熱交換器ゾーン３１０、３２０、及び３３０を含み得る。熱交換ゾーン３１０、３２０、及び３３０は、直列に配置され得る。ライン１０６を通る原料合成ガスは、第１熱交換器（「第１ゾーン」）３１０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約８２０℃の温度に冷却され得る。第１熱交換器３１０を出てライン３１５を通る冷却された原料合成ガスは、第２熱交換器（「第２ゾーン」）３２０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約７０４℃の温度に、さらに冷却され得る。第２熱交換器３２０を出てライン３２５を通る冷却された原料合成ガスは、第３熱交換器（「第３ゾーン」）３３０において、間接的熱交換によって、約２６０℃から約４３０℃の温度に、さらに冷却され得る。示されていないが、合成ガス冷却器３０５は、例えば、１つのボイラーであり得る、又はそれを含み得る。
【００３８】
ライン１０６を通る原料合成ガスは、合成ガス冷却器３０５内で、原料合成ガスから熱伝達媒体に熱を間接的に伝達することによって冷却され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０８を通る熱伝達媒体は、合成ガス冷却器３０５に導入され得る。ライン１０８を通る熱伝達媒体は、プロセス水、ボイラー供給水などであり得る。原料合成ガスからの熱は、ライン３５０を通して回収され得る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気を得るように、ライン１０８を通して導入される熱伝達媒体に間接的に伝達され得る。ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、１つ又は複数の水蒸気タービン３６０（これは、発電機３８０に連結され得る）に動力を供給するために使用され得る。水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物は、ライン１０８の熱伝達媒体にリサイクルされ得る。例えば、水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物は、ライン１０８の熱伝達媒体の少なくとも一部を得るように、処理され、リサイクルされ得る。
【００３９】
ライン１０８を通る、例えばボイラー供給水は、ライン１１６を通る冷却された合成ガス及びライン３３８を通る凝縮物を得るように、第３熱交換器（「エコノマイザ」）３３０内で加熱され得る。ライン３３８を通る凝縮物は、プロセス条件で飽和状態である、又は実質的に飽和状態であり得る。凝縮物３３８は、気相（「水蒸気」）を液相（「凝縮物」）から分離するために、１つ又は複数の水蒸気ドラム又は分離器３４０に導入（フラッシュ（ｆｌａｓｈ））され得る。ライン３４２を通る水蒸気は、第２熱交換器（「過熱器」）３２０に導入され、ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気を得るように、ライン３１５を通して入ってくる合成ガスに接して加熱され得る。
【００４０】
合成ガス冷却器３０５からのライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、約６５０℃以上、約７００℃以上、又は約７５０℃以上の温度を有し得る。ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱高圧水蒸気は、約４，０００ｋＰａ以上、約８，０００ｋＰａ以上、約１１，０００ｋＰａ以上、約１５，０００ｋＰａ以上、約１７，０００ｋＰａ以上、約１９，０００ｋＰａ以上、約２１，０００ｋＰａ以上、又は約２２，１００ｋＰａ以上の圧力を有し得る。
【００４１】
分離器３４０からのライン３４６を通る凝縮物は、第１熱交換器（「ボイラー」）３１０に導入され、ライン３４４を通して分離器３４０に導入され得る少なくとも部分的に気化した水蒸気を得るように、ライン１０６を通して導入される合成ガスに接して間接的に加熱され得る。ライン３４４を通り分離器３４０に戻される水蒸気は、１つ又は複数の水蒸気タービン３６０で使用される、ライン３５０を通る過熱水蒸気又は過熱加圧水蒸気を得るように、第２熱交換器３２０での過熱のためにライン３４２を通して導入され得る。
【００４２】
熱交換器３１０、３２０、３３０のいずれか１つ又はすべては、シェル・アンド・チューブ・タイプ熱交換器であり得る。ライン１０６の原料合成ガスは、直列で、第１熱交換器３１０、第２熱交換器３２０、及び第３熱交換器３３０のシェル側又はチューブ側に供給され得る。熱伝達媒体は、原料合成ガスがどちら側に導入されるかに応じて、シェル側又はチューブ側のいずれかを通り得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１０６の原料合成ガスは、並列で（示されていない）、第１熱交換器３１０、第２熱交換器３２０、及び第３熱交換器３３０のシェル側又はチューブ側に供給されてもよく、熱伝達媒体は、原料合成ガスがどちら側に導入されるかに応じて、シェル側又はチューブ側のいずれかを直列で通り得る。
【００４３】
図１を参照して上で説明され記載されたように、ライン１２０を通る熱伝達媒体、例えば、ボイラー供給水が、ライン１２４を通る加熱された熱伝達媒体又は水蒸気を得るように、メタネーター５００に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、低圧水蒸気、中圧水蒸気、又は高圧水蒸気であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、過熱高圧熱伝達媒体を得るように、過熱器３２０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気は、合成ガス冷却器３０５の別のゾーン又はセクションに、例えば、分離器３４０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２４を通る水蒸気の少なくとも一部は、水蒸気タービン３６０からライン３９０を通して回収される凝縮物に、及び／又はライン１０８の熱伝達媒体に導入され得る。
【００４４】
図３は、１つ又は複数の実施形態による、別の例示的ＳＮＧ設備３００を概略的に示す。ＳＮＧ設備３００は、１つ又は複数のガス化装置２０５を含み得る。酸化剤は、空気分離ユニット２２２を経て、ライン１０４を通してガス化装置２０５に供給され得る。空気分離ユニット２２２は、純粋な酸素、ほぼ純粋な酸素、本質的に酸素、又は酸素富化空気を、ライン１０４を通してガス化装置２０５に供給し得る。空気分離ユニット２２２は、ライン１０４を通してガス化装置２０５に、窒素が少なく酸素に富む供給物を供給し得るので、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に供給される合成ガスの窒素濃度を最低限にし得る。純粋な又はほぼ純粋な供給酸素の使用により、本質的に窒素を含まない（例えば、０．５ｍｏｌ％未満の窒素／アルゴンを含む）ことが可能な合成ガスをガス化装置２０５が生成することが可能になる。空気分離ユニット２２２は、高圧低温タイプの分離器であり得る。空気は、ライン１０１を通して空気分離ユニット２２２に導入され得る。空気分離ユニット２２２からライン２２３を通して分離された窒素は、ＳＮＧ生成設備３００で使用され得る。例えば、ライン２２３を通る窒素は、燃焼タービン（示されていない）に導入され得る。空気分離ユニット２２２は、ガス化装置２０５に導入される全酸化剤の約１０％、約３０％、約５０％、約７０％、約９０％、又は約１００％を供給し得る。
【００４５】
１つ又は複数の実施形態において、空気分離ユニット２２２は、約２，０００ｋＰａから約１０，０００ｋＰａ又はこれを超える範囲の圧力で酸素を供給し得る。例えば、空気分離ユニット２２２は、ガス化装置２０５内の圧力より約１，０００ｋＰａ大きい圧力、及び雰囲気温度で、約９９．５パーセントの純度の酸素を、ガス化装置２０５に供給し得る。酸素の流れは、ガス化装置２０５内で起こる炭素の燃焼量を制限し、ガス化装置の温度を保つために制御され得る。酸素は、約０．１：１から約１．２：１の範囲の比（酸素の重量：乾燥し、無機物質を除いた供給原料の重量）でガス化装置２０５に入り得る。１つ又は複数の実施形態において、酸素と供給原料の比は、約０．６６：１から約０．７５：１であり得る。
【００４６】
図１及び２を参照して上で説明され記載されたように、原料合成ガスは、ライン１０６を通して合成ガス冷却器３０５に導入され得る。合成ガス冷却器３０５は、図２を参照して上で説明され記載されたように、３つの熱交換器を含み得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス冷却器３０５は、他の任意の間接的熱交換装置であり得る、又はそれを含み得る。
【００４７】
ライン１０６の合成ガスは、合成ガス冷却器３０５によって冷却され、ライン１１６を通る冷却された合成ガスは、合成ガス精製設備４００に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、合成ガス精製設備４００は、１つ又は複数の微粒子制御装置４１０、１つ又は複数のサチュレータ４２０、１つ又は複数のガスシフト装置４３０、１つ又は複数のＣＯＳ加水分解装置４８０、１つ又は複数のアンモニア洗浄除去装置４９０、１つ又は複数のガス冷却器４４０、１つ又は複数のフラッシュガス分離器４４６、１つ又は複数の水銀除去装置４５０、１つ又は複数の酸性ガス除去装置４６０、１つ又は複数の硫黄回収ユニット４６６、及び／又は１つ又は複数の炭素取扱い圧縮ユニット４７０を含み得る。
【００４８】
冷却された合成ガスは、ライン１１６を通して微粒子制御装置４１０に導入され得る。微粒子制御装置４１０は、高温微粒子フィルターのような１つ又は複数の分離装置を含み得る。微粒子制御装置４１０は、約０．１ｐｐｍｗの検出限界より低い微粒子濃度を有する濾過された合成ガスを供給し得る。例示的な微粒子制御装置には、これらに限らないが、焼結金属フィルター（例えば、鉄アルミニド・フィルター材料）、金属キャンドル・フィルター、及び／又はセラミック・キャンドル・フィルターが含まれ得る。微粒子制御装置４１０は、合成ガスから微粒子を除去する効率により、水スクラバの必要性を除き得る。水スクラバの除去は、汚れた水又は雑排水（ｇｒｅｙ ｗａｔｅｒ）設備の除去を許し、プロセス水の消費及び関連する廃水の関連する廃水の排出を減らし得る。
【００４９】
固体微粒子は、ライン４１２を通して設備からパージされ得る、又はガス化装置２０５にリサイクルされ得る（示されていない）。微粒子制御装置４１０を出て行くライン４１４を通る濾過された合成ガスは、分割され、合成ガスの少なくとも一部は、ライン４１５を通してサチュレータ４２０に導入され、別の部分は、ライン４１６を通して硫化カルボニル（「ＣＯＳ」）加水分解装置４８０に導入され得る。熱が、ライン４１６の冷却された合成ガスから回収され得る。例えば、ライン４１６の冷却された合成ガスは、１つの熱交換器又は一連の熱交換器に曝され得る（示されていない）。１つ又は複数の実施形態において、ライン４１５を通してサチュレータ４２０に導入される冷却された合成ガスの部分、及びライン４１６を通してＣＯＳ加水分解装置４８０に供給される部分は、少なくともある程度、メタン化装置５００の入口での、水素と一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の所望の比に基づき得る。示されていないが、１つ又は複数の実施形態において、ライン４１４を通る濾過された合成ガスは、サチュレータ４２０及びＣＯＳ加水分解装置４８０の両方に順次導入され得る。
【００５０】
サチュレータ４２０は、冷却された合成ガスがライン４２４を通してガスシフト装置４３０に導入される前に、ライン４１５の冷却された合成ガスの水分含量を増すために使用され得る。ＳＮＧ設備３００における他の装置によって発生したプロセス凝縮物が、ライン４４２を通してサチュレータ４２０に導入され得る。例示的な凝縮物には、アンモニア・スクラバ４９０からのプロセス凝縮物、合成ガス冷却器３０５からの第１プロセス凝縮物、ガス冷却器４４０からの第２プロセス凝縮物、メタネーター５００からのプロセス凝縮物、又はこれらの組合せが含まれ得る。補給水、例えば脱塩水もまた、ライン４１８を通してサチュレータ４２０に供給され得る。補給水は、適正な水バランスを保つために使用され得る。
【００５１】
１つ又は複数の実施形態において、サチュレータ４２０は、熱を必要とし、必要な熱の約７０パーセントから７５パーセントは、ライン４１５の冷却された合成ガスによって供給される顕熱、さらには、ＳＮＧ設備３００の他の部分から得られる中乃至低品位熱であり得る。必要な熱の約２５パーセントから３０パーセントは、間接的水蒸気再沸騰によって供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、間接的水蒸気再沸騰には中圧水蒸気を用いることができ、例えば、その水蒸気は、約４，０００ｋＰａから約４，５８０ｋＰａの範囲の圧力を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、サチュレータ４２０には、未使用水蒸気は添加されない。サチュレータ４２０への未使用水蒸気の添加がないことは、必要とされる全体としての水補給を最低限にし、ライン４２２を通るサチュレータのブローダウンを減らし得る。
【００５２】
飽和した合成ガスは、ライン４２４を通してガスシフト装置４３０に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ガスシフト装置４３０は、並列の１段階又は２段階ガスシフト触媒床設備を含み得る。ライン４２４の飽和した合成ガスは、ガスシフト装置４３０に入る前に、予備加熱され得る。飽和した合成ガスは、約０．８：１から約１．２：１又はこれを超える範囲の水蒸気：乾燥ガスのモル比で、ガスシフト装置４３０に入り得る。ライン４２４の飽和した合成ガスの温度は、約２００℃から約２９５℃、約１９０℃から約２９０℃、又は約２９０℃から約３００℃又はこれを超える範囲であり得る。ライン４２４の飽和した合成ガスは硫化カルボニルを含み得るが、これは、ガスシフト装置４３０によって、少なくとも部分的に、硫化水素に加水分解され得る。
【００５３】
ガスシフト装置４３０は、ライン４３２を通るシフト反応を受けた合成ガスを得るように、飽和した合成ガスを転化するために用いられ得る。１つ又は複数の実施形態において、ガスシフト装置４３０は、一酸化炭素を二酸化炭素に転化させることによって合成ガスの水素と一酸化炭素の比を調節するように、１つ又は複数のシフト転化器を含み得る。ガスシフト装置４３０には、これらに限らないが、１段階断熱固定床反応器、段階間の冷却を伴う多段階断熱固定床反応器、水蒸気生成又は低温急冷（ｃｏｌｄ ｑｕｅｎｃｈ）反応器、水蒸気発生又は冷却を伴う管状固定床反応器、流動床反応器、又はこれらの任意の組合せが含まれ得る。
【００５４】
１つ又は複数の実施形態において、コバルト−モリブデン触媒が、ガスシフト装置４３０に組み入れられ得る。コバルト−モリブデン触媒は、硫化水素の存在下に、例えば約１００ｐｐｍｗの硫化水素の存在下に、約２９０℃の温度で機能し得る。コバルト−モリブデン触媒が含硫黄シフト（ｓｏｕｒ ｓｈｉｆｔ）を実施するために使用される場合、それに続く下流の硫黄除去は、どのような硫黄除去方法及び／又は技術を用いて実施されてもよい。
【００５５】
ガスシフト装置４３０は、直列に配置された２つの反応器を含み得る。第１の反応器は、これらに限らないが、銅−亜鉛−アルミニウム、酸化鉄、亜鉛フェライト、マグネタイト、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せであり得る触媒を用い、比較的速い反応速度で、ライン４２４の飽和した合成ガス中に存在する一酸化炭素の大部分を二酸化炭素に転化するように、約２６０℃から約４００℃の高温で操作され得る。第２の反応器は、二酸化炭素及び水素への一酸化炭素の転化を最大化するように、約１５０℃から約２００℃の比較的低い温度で操作され得る。第２の反応器は、これらに限らないが、銅、亜鉛、銅で促進されるクロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せが含まれる触媒を使用し得る。ガスシフト装置４３０は、シフト反応を受けた合成ガスから熱を回収し得る。回収された熱は、ライン４２４の飽和した合成ガスを、それがガスシフト装置４３０に入る前に、予備加熱するために使用され得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、合成ガスサチュレータ４２０の熱負荷の少なくとも一部を供給し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、シフト反応器への供給ガスを予備加熱する、及び／又は中圧水蒸気を生成し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、リサイクルされた凝縮物を予備加熱し得る、又はＳＮＧ設備３００に導入される補給水を予備加熱し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、酸性ガス除去装置４６０の熱負荷の少なくとも一部を供給し得る。１つ又は複数の実施形態において、回収された熱は、炭素質供給原料及び／又はＳＮＧ設備３００内の他の設備を乾燥するための熱の少なくとも一部を提供し得る。
【００５６】
飽和した合成ガスが、シフト反応を受けた合成ガスを生成するシフト反応を受けた後、シフト反応を受けた合成ガスは、ライン４３２を通してガス冷却器４４０に導入され得る。ガス冷却器４４０は、間接的な熱交換器であり得る。ガス冷却器４４０は、ライン４３２のシフト反応を受けた合成ガスから、ガスシフト装置４３０によって回収されなかった熱の少なくとも一部を回収し得る。ガス冷却器４４０は、シフト転化され冷却された合成ガス及び第２凝縮物を生成し得る。シフト転化され冷却された合成ガスは、ライン４４９を通りガス冷却器４４０を出て行き得る。４４０からの第２プロセス凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６を通った後、ライン４４２を通してサチュレータ４２０に導入され得る。
【００５７】
ＣＯＳ加水分解装置４８０は、ライン４１６の冷却された合成ガス中の硫化カルボニルを、硫化水素に転化し得る。ＣＯＳ加水分解装置４８０は、かなりの数の並列硫化カルボニル反応器を含み得る。例えば、ＣＯＳ加水分解装置４８０は、２つ以上、３つ以上、４つ以上、５つ以上、又は１０以上の並列硫化カルボニル反応器を有し得る。ライン４１６の濾過された合成ガスは、ＣＯＳ加水分解装置４８０に入り、並列硫化カルボニル反応器を通ることができ、硫化水素・合成ガスはライン４８２を通してＣＯＳ加水分解装置４８０を出て行き得る。ライン４８２の硫化水素・合成ガスは、約１ｐｐｍｖ以下の硫化カルボニル濃度を有し得る。ライン４８２の硫化水素・合成ガスの熱は、回収でき、ボイラー供給水を予備加熱するために、炭素質供給原料を乾燥するために、ＳＮＧ設備３００の他の部分の熱源として、又はこれらを組み合わせて使用され得る。熱交換器（示されていない）が、ライン４８２の硫化水素・合成ガスから熱を回収するために使用され得る。例示的な熱交換器には、シェル・アンド・チューブ熱交換器、同心流熱交換器、又は他の任意の熱交換装置が含まれ得る。熱がライン４８２の硫化水素・合成ガスから回収された後、ライン４８２の硫化水素・合成ガスは、アンモニア洗浄除去装置４９０に導入され得る。
【００５８】
アンモニア洗浄除去装置４９０は、ライン４８２の硫化水素・合成ガスからアンモニアを除去するために水を用い得る。ライン４８８を通る水が、アンモニア・スクラバ４９０に導入され得る。ライン４８８を通る水は、ＳＮＧ生成設備３００の他の部分からのリサイクル水であり得る、又は外部の源から供給される補給水であり得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４８８を通してアンモニア・スクラバ４９０に供給される水は、炭素質供給原料の乾燥の間に生成する水を含み得る。冷却された合成ガスを洗浄するために使用される、ライン４８８を通る水は、約５０℃から約６４℃の範囲の温度で供給され得る。１つ又は複数の実施形態において、この水は、約５４℃の温度を有し得る。水はまた、合成ガス中の任意のフッ化物及び／又は塩化物の少なくとも一部も除去し得る。したがって、アンモニア、フッ化物、及び／又は、塩化物を含む廃水が、アンモニア・スクラバによってもたらされ、アンモニア・スクラバ４９０からの廃水は、ライン４９２を通してガス冷却器４４０に導入され、一緒にされた凝縮物を得るように、第２プロセス凝縮物と一緒にされ得る。一緒にされた凝縮物は、ライン４４４を通してフラッシュガス分離器４４６に供給でき、任意のフラッシュガス分離器が使用され得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６に入る前に、予備加熱され得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、約２，５４８ｋＰａから約５，９２２ｋＰａの範囲の圧力を有し得る。ライン４４４の一緒にされた凝縮物は、フラッシュガス分離器４４６においてフラッシュされ得る。一緒にされた凝縮物がフラッシュされるとき、フラッシュしたガス及び凝縮物が生成され得る。フラッシュしたガスはアンモニアを含み得る。フラッシュしたガスは、ライン４４８を通してガス化装置２０５にリサイクルして戻され得る。凝縮物はライン４４２を通してサチュレータ４２０にリサイクルされ得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４４８のフラッシュしたガス中のアンモニアは、ガス化装置２０５内で窒素及び水素に転化され得る。
【００５９】
洗浄された合成ガスは、アンモニア・スクラバ４９０から、ライン４９４を通してガス化装置２０５に導入され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４９４の洗浄された合成ガスの一部は、ライン４９６を通してガス化装置２０５にリサイクルして戻され得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４９４の洗浄された合成ガスの別の部分は、ライン４９７を通る混合合成ガスを得るように、ライン４４９のシフト反応を受け冷却された合成ガスと一緒にされ得る。ライン４９７の混合合成ガスは、予備加熱され、水銀除去装置４５０に導入され得る。ライン４９７の混合合成ガスは、約６０℃から約７１℃、約２０℃から８０℃、又は約６０℃から約９０℃の範囲の温度を有し得る。
【００６０】
水銀除去装置４５０は、これに限らないが、処理される合成ガス中に存在する水銀の、すべてではないとしても、かなりの量を吸着し得る活性炭床を含み得る。水銀除去装置４５０からライン４５２を通して回収される処理された合成ガスは、酸性ガス除去装置４６０に導入され得る。
【００６１】
酸性ガス除去装置４６０は、処理された合成ガスから二酸化炭素を除去し得る。酸性ガス除去装置４６０は、これに限らないが、物理的溶媒に基づく２段階酸性ガス除去設備を含み得る。物理的溶媒には、これらに限らないが、Ｓｏｌｅｘｏｌ（商標）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ（商標）（低温メタノール）、又はこれらの組合せが含まれ得る。１つ又は複数の実施形態において、処理された合成ガスから何らかの酸性ガスの少なくとも一部を除去して、ライン１１８を通る処理された合成ガスを得るように、１種又は複数のアミン溶媒（例えば、メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ））が使用され得る。処理された合成ガスはライン１１８を通してメタネーター５００に導入され得る。ライン１１８の処理された合成ガスは、約０ｍｏｌ％から約４０ｍｏｌ％の高値までの二酸化炭素含量を有し得る。ライン１１８の処理された合成ガスは、約０．１ｐｐｍｖ以下の全硫黄含量を有し得る。
【００６２】
二酸化炭素は、低圧の二酸化炭素に富む流れとして、ライン４６４を通して回収され得る。ライン４６４の二酸化炭素含量は、約９５ｍｏｌ％以上の二酸化炭素であり得る。低圧二酸化炭素流は、２０ｐｐｍｖ未満の硫化水素含量を有し得る。低圧二酸化炭素流は、ライン４６４を通して炭素取扱い圧縮ユニット４７０に導入され得る。ライン４６４の低圧二酸化炭素流は、１つ又は複数の圧縮系列に曝され、二酸化炭素は、約１３，８９０ｋＰａから約２２，１６５ｋＰａの範囲の圧力の高密度相流体として、ライン４７２を通って炭素取扱い圧縮ユニット４７０を出て行き得る。１つ又は複数の実施形態において、高密度相流体は、オイル回収の向上に使用され得る、又は隔離され得る。１つ又は複数の実施形態において、炭素取扱い圧縮ユニット４７０は、４段階コンプレッサ又は任意の他のコンプレッサであり得る。例示的なコンプレッサには、電気駆動を有する４段階中間冷却遠心コンプレッサが含まれ得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン４７２の二酸化炭素流は、二酸化炭素パイプライン仕様に従い得る。
【００６３】
酸性ガス除去装置４６０はまた、処理されたガスから硫黄も除去し得る。硫黄は硫化水素に富む流れとして濃縮され得る。硫化水素に富む流れは、硫黄の回収のために、ライン４６２を通して硫黄回収ユニット４６６に導入され得る。例として、硫黄回収ユニット４６６は、酸素で燃料させるクラウス（Ｃｌａｕｓ）ユニットであり得る。ライン４６２の硫化水素の流れは、硫黄回収ユニット４６６において燃やされるとき、テイルガスが生成され得る。テイルガスは、圧縮され、ライン４６８を通して、酸性ガス除去装置４６０の上流にリサイクルされ得る。
【００６４】
ライン１１８の処理されたガスの一部は、ライン４９９を通して取り出され、燃料ガスとして使用され得る。燃料ガスはＳＮＧ設備３００のための動力を提供するために燃焼され得る。ライン１１８の残りの処理された合成ガスは、メタネーター５００に導入され得る。処理された合成ガスは、０ｍｏｌ％から約５０ｍｏｌ％の窒素、及び約０ｍｏｌ％から約５ｍｏｌ％の高値までの範囲のアルゴン含量を有し得る。
【００６５】
ライン１２０を通る熱伝達媒体が、図１及び２を参照して上で説明され記載されたように、メタネーター５００に導入され得る。メタネーター５００は、ライン５０９を通るメタン化凝縮物をもたらし得る。ライン５０９のメタン化凝縮物の少なくとも一部は、ＳＮＧ設備３００にリサイクルして戻され得る。１つ又は複数の実施形態において、メタン化凝縮物は、ライン５０９を通してフラッシュガス分離器４４６に、リサイクルして戻され、メタン化凝縮物は、ライン４４２の凝縮物の少なくとも一部を提供するために、前記の一緒にされた凝縮物と共に、フラッシュガス分離器４４６において、フラッシュされ得る。
【００６６】
別の実施形態において、ライン５０９のメタン化凝縮物は、ガス冷却器４４０、サチュレータ４２０、又はＳＮＧ設備３００の他の部分にリサイクルして戻され得る。メタネーター５００は、ライン１２４を通して合成ガス冷却器３０５に高圧水蒸気を供給し得る。合成ガス冷却器３０５は、上で説明され記載されたように、ライン１１０を通る過熱高圧水蒸気を得るように、高圧水蒸気を過熱し得る。過熱高圧水蒸気は、ＳＮＧ設備３００のための電気を生成するように、１つ又は複数の水蒸気タービン発電機に導入され得る。
【００６７】
１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つの、又は２０のメタネーター反応器さえ含み得る。メタネーター５００はまた、メタネーター反応器の各々において適正な温度が保たれることを保証するために、様々な熱交換器及び混合備品も含み得る。反応器は、メタン化触媒を含み得る。メタン化触媒には、ニッケル、ルテニウム、別の一般的なメタン化触媒物質、又はこれらの組合せが含まれ得る。メタネーター５００は、約１５０℃から約１，０００℃の温度に保たれ得る。メタネーター５００は、ライン１２２を通して、ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０にＳＮＧを供給し得る。
【００６８】
１つ又は複数の実施形態において、メタネーター５００は、並列に配置された３つの反応器を含むことができ、４つ目の反応器は、３つの並列の反応器（示されていない）と直列であり得る。３つの並列の反応器は、４つ目の反応器に導入される全ＳＮＧの一部を供給し得る。３つの反応器はまた、リサイクル流を有していてもよく、この流れは、３つの反応器の各々の入口にＳＮＧの一部をリサイクルして戻し得る。ＳＮＧは、４つ目の反応器からライン１２２を通してＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０に供給され得る。
【００６９】
ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置５１０は、百万標準立方メートル（Ｍｓｃｍ）当たり約３．５キログラム以下の水にまで、ライン１２２のＳＮＧを脱水し得る。脱水は、通常のトリ−エチレングリコール・ユニットにおいて実施され得る。脱水の後、ライン１２２のＳＮＧは、圧縮され、冷却され、ライン５１２を通してエンドユーザー又はパイプラインに導入され得る。ライン５１２のＳＮＧは、約１，３７９ｋＰａから約１２，４１１ｋＰａの範囲の圧力、約２０℃から約７５℃の温度を有し得る。１つ又は複数の実施形態において、ライン１２２のＳＮＧは、圧縮され、圧縮後、ライン１２２のＳＮＧは脱水され得る。
【００７０】
理論的実施例（ｐｒｏｐｈｅｔｉｃ ｅｘａｍｐｌｅ）
（実施例Ｉ）
本発明の実施形態は、以下の模擬プロセスによりさらに説明することができる。上に記載の１つ又は複数の設備は、理論的に、ワイオミング州パウダー川流域（Ｗｙｏｍｉｎｇ Ｐｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ、「ＷＰＲＢ」）石炭で使用され得る。ＷＰＲＢ石炭には、下の表１に示す組成を与えた。
【表１】
【００７１】
ガス化装置２０５からライン１０６を通る原料合成ガスの模擬組成は、表２に示す組成を有すると計算した。
【表２】
【００７２】
模擬プロセス条件に基づいて、ＷＰＲＢ石炭のガス化から得られる合成ガスが、上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態に従って処理されるとき、ライン１１８を通してメタネーター５００に導入される処理された合成ガスは、表３に示される組成を有し得る。
【表３】
【００７３】
上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態によるプロセスを用いて、ＷＰＲＢ石炭から、ＳＮＧを生成するに際しての、計算された供給物の要件及びいくらかの副生成物生成は、表４に示すようであり得る。供給物要件及び副生成物（二酸化炭素）生成は、約３６ＭＪ／ｓｃｍの発熱量を有するＳＮＧを１日当たり約４３０万標準立方メートル製造するという仮定を用いて計算した。
【表４】
【００７４】
ＡＲは、トン／日で表した、計算された無処理石炭供給速度であり、無処理石炭は２７．２１ｗｔ％のＷＰＲＢ石炭の水分含量を有していた。ＡＦは、石炭がガス化装置２０５に導入されるときの計算された石炭供給速度であり、石炭は１７．８９ｗｔ％のＷＰＲＢ石炭の水分含量を有していた。１トンの石炭当たりの酸素は、水分及び灰分を除いた上で計算した。ＳＮＧ設備（これは、ＷＰＲＢ石炭に由来する合成ガスを用いる）への計算された補給水は、約１．１４立方メートル／分（ＣＭＰＭ）である。燃料ガスは、４．３Ｍｓｃｍｄの目標とするＳＮＧ製造を達成するのに必要とされる処理された合成ガスを上回って製造された、処理された合成ガスであり、これは、ＳＮＧ設備で燃料として使用され得る。表４に挙げられた副生成物（二酸化炭素）に加えて、ＷＰＲＢ石炭を用いて生成する他の副生成物は、約３３トン／日の速度の硫黄、及び約８１４トン／日の速度の灰分を含むと計算された。
【００７５】
（実施例ＩＩ）
上で記載された１つ又は複数の設備は、理論的に、ノースダコタ亜炭で使用され得る。ノースダコタ亜炭には、下の表５に下に示す組成物を与えた。
【表５】
【００７６】
ガス化装置２０５からライン１０６を通る原料合成ガスの模擬組成は、表６に示す組成を有すると計算した。
【表６】
【００７７】
模擬プロセス条件に基づいて、ノースダコタ亜炭のガス化による、ライン１０６を通る原料合成ガスが、上で説明され記載された１つ又は複数の実施形態に従って処理されるとき、メタネーター５００に導入される、ライン１１８を通る処理された合成ガスは、表７に示される組成を有し得る。
【表７】
【００７８】
ノースダコタ亜炭による、計算された供給物の要件及びＳＮＧ製造の間に生成するいくつかの副生成物は、表８に示すようであり得る。表８の値は、３つのガス化装置２０５の使用に基づいていた。供給物要件及び副生成物生成は、約３６ＭＪ／ｓｃｍの発熱量を有する約４．３ＭｓｃｍｄのＳＮＧの製造を仮定して計算した。
【表８】
【００７９】
ＡＲは、トン／日で表した、計算された無処理石炭供給速度であり、無処理石炭は２９．８２ｗｔ％のノースダコタ亜炭の水分含量を有していた。ＡＦは、石炭がガス化装置２０５に導入されるときの計算された石炭供給速度であり、石炭は１７．８９ｗｔ％のノースダコタ亜炭の水分含量を有していた。１トンの石炭当たりの酸素は、水分及び灰分を除いた上で計算した。ＳＮＧ設備（これは、ノースダコタ亜炭に由来する合成ガスを用いる）への計算された補給水は、約０．２６７ＣＭＰＭである。表８に挙げられた副生成物（二酸化炭素）に加えて、ノースダコタ亜炭を用い生成する他の副生成物は、約７９トン／日の速度の硫黄、及び約１，５２１トン／日の速度の灰分を含むと計算した。
【００８０】
模擬補助動力要求
以下の節は、ＳＮＧ施設の補助動力負荷要求、発電の概念、及び電力要求の不足分を満たす選択肢について検討する。バッテリーリミット外（ｏｕｔｓｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｌｉｍｉｔ、「ＯＳＢＬ」）の水蒸気及び動力設備は、水蒸気発生設備及び発電設備を含む。バッテリーリミット内（「ＩＳＢＬ」）のプロセス・ユニットは、廃熱回収からかなりの量の水蒸気を生成し、これは、１つ又は複数の水蒸気タービン発電機（「ＳＴＧ」）で電力をつくるために使用され得る。具体的な配置構成は、電力の不足分に関する決定に依存し得る。例えば、十分な電力が地域の電力供給網から競争価格で信頼して利用できる場合、電力要求の不足分は購入され得る。しかし、十分な電力が信頼して利用できない場合、ＳＮＧ施設は、電気的に、「アイランドモード（ｉｓｌａｎｄ ｍｏｄｅ）」で運転でき、オンサイトですべての電力を発生させることができる。本発明のＳＮＧ設備は他のＳＮＧ設備より効率的であるため、アイランドモードは、本発明のＳＮＧ設備で可能である。考慮される基本的な設計の選択肢は、以下を含む：
ａ）基本ケース−電力要求の不足分を供給網から購入する。
ｂ）選択肢１−アイランド操作、電力の不足分を燃焼ボイラー及びより大きなＳＴＧにより供給。
ｃ）選択肢２−アイランド操作、電力の不足分をガスタービン発電機（ＧＴＧ）、廃熱回収ボイラー（ｈｅａｔ ｒｅｃｖｅｒｙ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＨＲＳＧ）、及びより大きなＳＴＧにより主に供給。
【００８１】
表９及び１０は、ＷＰＲＢ及びノースダコタ亜炭のケースについて、水蒸気及び発電設備の基本的な性能パラメータを要約する。
【００８２】
ＷＰＲＢのケースの説明
模擬ＷＰＲＢ石炭のケースでは、目標とする４．３ＭｓｃｍｄのＳＮＧ生産速度に対して、製造される合成ガス（燃料ガス）に余剰がある。基本ケースの選択肢において、この余剰合成ガスは、より多くの電力をＳＴＧにより生成するためにボイラー燃料として使用され、電力の不足分はオフサイトで購入され得る。選択肢１及び２では、電力の不足分は、オンサイトで生成される。ガス化装置から生成する合成ガスの量を固定して、燃料として合成ガスを用いると、示されているように、選択肢１におけるＳＮＧの正味の生産は減少し得る。選択肢２では、わずかな余剰合成ガスが、電力発生の要求を満たした上で、利用できる（即ち、表９は、選択肢２では、負荷よりわずかに多い電力発生を示す）。これは、選択肢１に対して選択肢２のより高い効率のためである。超過の合成ガスは、ＳＮＧ生産をわずかに増すために使用され得る、又は合成ガス要求がバランスを保つように、コジェネサイクルがずらされ得る。例えば、１つ又は複数のＧＴＧでの負荷は減らすことができ、１つ又は複数のＨＲＳＧでのダクト燃焼（ｄｕｃｔ ｆｉｒｉｎｇ）は増やすことができる。
【表９】
【００８３】
ノースダコタ亜炭のケースの説明
ノースダコタ亜炭のケースでは、基本ケースの選択肢において、電力の不足分はオフサイトから購入される。選択肢１及び２において、電力の不足分はオンサイトで発生される。追加の燃料ガスは利用できないので、選択肢１及び２での余分の燃料の必要は、ＳＮＧ製造における相当する減少として示されている。
【表１０】
【００８４】
特定の実施形態及び特徴が、１組の数値の上限及び１組の数値の下限を用いて説明された。特に断らなければ、任意の下限から任意の上限までの範囲が想定されていることが理解されるべきである。特定の下限、上限及び範囲は、下の１つ又は複数の請求項に現れる。すべての数値は、「約」又は「ほぼ」その示された値であり、当業者によって予想されると思われる数値の誤差及び変動を考慮に入れている。
【００８５】
様々な用語が上で定義された。請求項において使用される用語が上で定義されていないのであれば、その用語は、当業者が、少なくとも１つの印刷刊行物又は発行された特許に示されるとして、その用語に与えた最も広い定義を与えられるべきである。さらに、本出願において引用されているすべての特許、試験手順、及び他の文書は、それらの開示が本出願と矛盾しない範囲内で、またこのような組込みが許されるすべての法域に対して、参照によって全体として組み込まれる。
【００８６】
前記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決められる。
【符号の説明】
【００８７】
１００ 例示的ＳＮＧ設備
１０１ 空気
１０２ 炭素質供給原料
１０４ 酸化剤
１０６ 原料合成ガス
１０８ 熱伝達媒体（プロセス水、ボイラー供給水）
１１０ （過熱高圧）水蒸気
１１２ 熱伝達媒体（水蒸気）
１１４ （過熱高圧）水蒸気
１１６ 冷却された合成ガス
１１８ （精製）処理された合成ガス
１２０ 熱伝達媒体
１２２ メタン化合成ガス又はＳＮＧ
１２４ （高圧）水蒸気、加熱された熱伝達媒体
１２７ 水蒸気
２００ 別の例示的ＳＮＧ設備
２０５ ガス化装置
２１５ 混合ゾーン
２２０ ライザー
２２２ 空気分離器ユニット
２２３ 窒素
２３０ 分離器
２４５ 微粒子移動装置
２５０ スタンドパイプ
２５５ 微粒子（再循環固体）、Ｊ−レッグ
３００ 別の例示的ＳＮＧ設備
３０５ 合成ガス冷却器
３１０ 第１熱交換器（第１ゾーン、ボイラー）
３１５ 冷却された原料合成ガス
３２０ 第２熱交換器（第２ゾーン、過熱器）
３２５ 冷却された原料合成ガス
３３０ 第３熱交換器（第３ゾーン、エコノマイザ）
３３８ 凝縮物
３４０ 水蒸気ドラム又は分離器
３４２ 水蒸気
３４４ 水蒸気
３４６ 凝縮物
３５０ 過熱水蒸気、過熱高圧水蒸気
３６０ 水蒸気タービン
３８０ 発電機
３９０ 凝縮物
４００ 合成ガス精製設備
４１０ 微粒子制御装置
４１２ 固体微粒子
４１４ 濾過された合成ガス
４１５ 濾過された合成ガスの一部
４１６ 濾過された合成ガスの一部
４１８ 補給水
４２０ サチュレータ
４２２ ブローダウン
４２４ 飽和した合成ガス
４３０ ガスシフト装置
４３２ シフト反応を受けた合成ガス
４４０ ガス冷却器
４４２ 凝縮物
４４４ 一緒にされた凝縮物（アンモニア・スクラバからの廃水＋第２凝縮物）
４４６ フラッシュガス分離器
４４８ フラッシュしたガス
４４９ シフト転化され冷却された合成ガス
４５０ 水銀除去装置
４５２ 処理された合成ガス
４６０ 酸性ガス除去装置
４６２ 硫化水素に富む流れ
４６４ 低圧の二酸化炭素に富む流れ
４６６ 硫黄回収ユニット
４６８ テイルガス
４７０ 炭素取扱い圧縮ユニット
４７２ 高密度相流体（二酸化炭素）
４８０ ＣＯＳ加水分解装置
４８２ 硫化水素・合成ガス
４８８ 水
４９０ アンモニア洗浄除去装置（スクラバ）
４９２ 廃水
４９４ 洗浄された合成ガス
４９６ 洗浄された合成ガスの一部
４９７ 混合合成ガス
４９９ 処理された合成ガスの一部（燃料ガス）
５００ メタネーター
５０９ メタン化凝縮物
５１０ ＳＮＧ乾燥及び圧縮装置
５１２ 脱水、圧縮、冷却されたＳＮＧ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された原料合成ガスを得るように、原料合成ガスを冷却すること；
処理された合成ガスを得るように、冷却された原料合成ガスを精製設備内で処理すること（ここで、精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含む）；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスを合成天然ガスに転化すること；及び
メタン化凝縮物をフラッシュガス分離器に導入すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項２】
炭素質供給原料が窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
原料合成ガスを冷却することが、過熱水蒸気を得るように、水蒸気から原料合成ガスに間接的に熱交換することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
原料合成ガスが約３ｍｏｌ％以上のメタン濃度を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
合成天然ガスが、約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成する水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された原料合成ガスを得るように、原料合成ガスを冷却すること；
処理された合成ガスを得るように、冷却された原料合成ガスを精製設備内で処理すること（ここで、精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含む）；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスを合成天然ガスに転化すること；
メタン化凝縮物をフラッシュガス分離器に導入すること；
過熱水蒸気を得るように、原料合成ガスから水蒸気に間接的に熱交換すること；及び
電力及び凝縮物を得るように、過熱水蒸気を、発電機に連結した水蒸気タービンに導入すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項９】
圧縮された合成天然ガスを得るように、合成天然ガスを圧縮することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
精製設備が電気負荷の必要性を有し、発電機に連結した水蒸気タービンによって発生する電力が、電気負荷の少なくとも一部を供給するように、精製設備に導入される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
原料合成ガスが少なくとも１ｍｏｌ％のメタンを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
炭素質供給原料が、窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
合成天然ガスが、約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成する水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
微粒子を含む原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された合成ガス及び第１プロセス凝縮物を得るように、原料合成ガスを合成ガス冷却器内で冷却すること；
合成ガス冷却器内の第１プロセス凝縮物をリサイクルすること；
濾過された合成ガスを得るように、冷却された合成ガスから微粒子の少なくとも一部を微粒子制御装置内で除去すること；
飽和した合成ガスを得るように、濾過された合成ガスの第１部分にサチュレータ内で水分を添加すること；
シフト転化された合成ガスを得るように、飽和した合成ガスをシフト転化器内でシフト転化すること；
シフト転化され冷却された合成ガス及び第２プロセス凝縮物を得るように、シフト転化された合成ガスをガス冷却器内で冷却すること；
硫化カルボニルの少ない合成ガスを得るように、濾過された合成ガスの第２部分を硫化カルボニル加水分解装置内で加水分解処理すること；
洗浄された合成ガス及びアンモニアを含む廃水を得るように、硫化カルボニルの少ない合成ガスにアンモニア・スクラバ内で水によりアンモニア洗浄除去を行うこと；
一緒にされた凝縮物を得るように、第２凝縮物を廃水と一緒にすること；
洗浄された合成ガスの第１部分をガス化装置に導入すること；
混合合成ガスを得るように、洗浄された合成ガスの第２部分を、シフト転化され冷却された合成ガスと一緒にすること；
処理された合成ガスを得るように、混合合成ガスを処理すること；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスをメタネーター内で転化すること；
圧縮された合成ガスを得るように、合成天然ガスを圧縮すること；
フラッシュされたガス及び凝縮物を得るように、一緒にされた凝縮物及びメタン化凝縮物をフラッシュガス分離器内で分離すること；
フラッシュされたガスをガス化装置に導入すること；
凝縮物をサチュレータに導入すること；及び
過熱水蒸気を得るように、原料合成ガスから水蒸気へ合成ガス冷却器内で間接的に熱交換すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項１７】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
炭素質供給原料が窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
合成天然ガスが約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮された合成天然ガスをパイプラインに導入することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
原料合成ガスが少なくとも１ｍｏｌ％のメタンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成される水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された原料合成ガスを得るように、原料合成ガスを冷却すること；
処理された合成ガスを得るように、冷却された原料合成ガスを精製設備内で処理すること（ここで、精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含む）；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスを合成天然ガスに転化すること；及び
メタン化凝縮物をフラッシュガス分離器に導入すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項２】
炭素質供給原料が窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
原料合成ガスを冷却することが、過熱水蒸気を得るように、水蒸気から原料合成ガスに間接的に熱交換することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
原料合成ガスが約３ｍｏｌ％以上のメタン濃度を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
合成天然ガスが、約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成する水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された原料合成ガスを得るように、原料合成ガスを冷却すること；
処理された合成ガスを得るように、冷却された原料合成ガスを精製設備内で処理すること（ここで、精製設備は、ガス化装置及びサチュレータと流体連通したフラッシュガス分離器を含む）；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスを合成天然ガスに転化すること；
メタン化凝縮物をフラッシュガス分離器に導入すること；
過熱水蒸気を得るように、原料合成ガスから水蒸気に間接的に熱交換すること；及び
電力及び凝縮物を得るように、過熱水蒸気を、発電機に連結した水蒸気タービンに導入すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項９】
圧縮された合成天然ガスを得るように、合成天然ガスを圧縮することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
精製設備が電気負荷の必要性を有し、発電機に連結した水蒸気タービンによって発生する電力が、電気負荷の少なくとも一部を供給するように、精製設備に導入される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
原料合成ガスが少なくとも１ｍｏｌ％のメタンを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
炭素質供給原料が、窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
合成天然ガスが、約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成する水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
微粒子を含む原料合成ガスを得るように、炭素質供給原料をガス化装置内でガス化すること；
冷却された合成ガス及び第１プロセス凝縮物を得るように、原料合成ガスを合成ガス冷却器内で冷却すること；
合成ガス冷却器内の第１プロセス凝縮物をリサイクルすること；
濾過された合成ガスを得るように、冷却された合成ガスから微粒子の少なくとも一部を微粒子制御装置内で除去すること；
飽和した合成ガスを得るように、濾過された合成ガスの第１部分にサチュレータ内で水分を添加すること；
シフト転化された合成ガスを得るように、飽和した合成ガスをシフト転化器内でシフト転化すること；
シフト転化され冷却された合成ガス及び第２プロセス凝縮物を得るように、シフト転化された合成ガスをガス冷却器内で冷却すること；
硫化カルボニルの少ない合成ガスを得るように、濾過された合成ガスの第２部分を硫化カルボニル加水分解装置内で加水分解処理すること；
洗浄された合成ガス及びアンモニアを含む廃水を得るように、硫化カルボニルの少ない合成ガスにアンモニア・スクラバ内で水によりアンモニア洗浄除去を行うこと；
一緒にされた凝縮物を得るように、第２凝縮物を廃水と一緒にすること；
洗浄された合成ガスの第１部分をガス化装置に導入すること；
混合合成ガスを得るように、洗浄された合成ガスの第２部分を、シフト転化され冷却された合成ガスと一緒にすること；
処理された合成ガスを得るように、混合合成ガスを処理すること；
水蒸気、メタン化凝縮物、及び合成天然ガスを得るように、処理された合成ガスをメタネーター内で転化すること；
圧縮された合成ガスを得るように、合成天然ガスを圧縮すること；
フラッシュされたガス及び凝縮物を得るように、一緒にされた凝縮物及びメタン化凝縮物をフラッシュガス分離器内で分離すること；
フラッシュされたガスをガス化装置に導入すること；
凝縮物をサチュレータに導入すること；及び
過熱水蒸気を得るように、原料合成ガスから水蒸気へ合成ガス冷却器内で間接的に熱交換すること；
を含む、合成天然ガスの製造方法。
【請求項１７】
ガス化装置が約８７０℃から約１１００℃の範囲の温度で操作される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
炭素質供給原料が窒素を含み、炭素質供給原料をガス化することが、炭素質供給原料中の窒素の約２０％から約１００％をアンモニアに転化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
合成天然ガスが約８５ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％のメタン濃度を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮された合成天然ガスをパイプラインに導入することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
原料合成ガスが少なくとも１ｍｏｌ％のメタンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
処理された合成ガスの合成天然ガスへの転化の間に生成される水蒸気が、約４，０００ｋＰａから約１４，０００ｋＰａの圧力を有する飽和水蒸気である、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２４４４８（Ｐ２０１０−２４４４８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−１４７１２７（Ｐ２００９−１４７１２７）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（５０８３６４７４９）ケロッグ ブラウン アンド ルート エルエルシー (10)
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７１２７（Ｐ２００９−１４７１２７）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（５０８３６４７４９）ケロッグ ブラウン アンド ルート エルエルシー (10)
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