炭素捕獲冷却系及び方法
【課題】炭素質供給原料から比較的クリーンに、かつ効率的にエネルギーを生成する統合型ガス化複合サイクル発電において、炭素質供給原料を、ガス化器における酸素及び蒸気との反応により、シンガスを形成するための冷却系を提供する。
【解決手段】炭素を含むガス１６１を捕獲し、この捕獲された炭素含有ガス１６１を冷却目的に使用するための系と方法。例えば、系は、シンガスから炭素を含むガス１６１を収集するように構成された炭素捕獲系１１６及び冷却回路内に炭素を含むガス１６１を有する冷却系１６３を含むことができる。
【解決手段】炭素を含むガス１６１を捕獲し、この捕獲された炭素含有ガス１６１を冷却目的に使用するための系と方法。例えば、系は、シンガスから炭素を含むガス１６１を収集するように構成された炭素捕獲系１１６及び冷却回路内に炭素を含むガス１６１を有する冷却系１６３を含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素捕獲系に関する。
【背景技術】
【０００２】
統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントは、石炭又は天然ガスのような各種の炭素質供給原料から比較的クリーンに、かつ効率的にエネルギーを生成することができる。ＩＧＣＣ技術は、炭素質供給原料を、ガス化器における酸素及び蒸気との反応により、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2）のガス混合物、すなわちシンガスに変換することができる。これらのガスは清浄化し、処理し、ＩＧＣＣ発電プラントで燃料として利用することができる。例えば、シンガスをＩＧＣＣ発電プラントのガスタービンの燃焼器中に供給し点火して、発電に使用するためにガスタービンを作動させることができる。かかるＩＧＣＣプラントは通例、シンガスを形成するプロセスで使用するための冷却系を必要とする。残念ながら、現在の冷却系は環境的及び金銭的に費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３６１４８７２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の範囲に属する幾つかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、これらの実施形態は本発明の可能な形態の簡単な概要を提供するためだけのものである。実際、本発明は以下に記載する実施形態と類似であってもよいし又は異なっていてもよい様々な形態を包含し得る。
【０００５】
第１の実施形態では、系は炭素を含むガスをシンガスから収集するように構成された炭素捕獲系を含んでいる。この系はまた炭素を含むガスを冷却回路内に含む冷却系も含んでいる。
【０００６】
第２の実施形態では、系は、二酸化炭素（ＣＯ2）をガスから除去するように構成されたガス清浄器、ガス清浄器からＣＯ2を受領するように構成された炭素捕獲系及びＣＯ2の少なくとも一部分を膨張させて１以上の部品を冷却するように構成されたＣＯ2膨張器を含んでいる。
【０００７】
第３の実施形態では、系は、ガス化器からのガスを処理するように構成された溶剤を含む酸性ガス除去（ＡＧＲ）系を含んでおり、このＡＧＲ系はイオウ及び二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するように構成されており、また系はＣＯ2の少なくとも一部分を膨張させて溶剤を冷却するように構成されたＣＯ2膨張器を含んでいる。
【０００８】
本発明の上記及び他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めばさらに良く理解されるであろう。図面中、類似の符号は類似の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）の膨脹に基づく独特の冷却系を組み込んだ統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの一実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、図１に示すガス化系の一実施形態のブロック図である。
【図３】図３は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、図１に示すガス精製及び炭素捕獲系の一実施形態のブロック図である。
【図４】図４は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、ガス精製及び炭素捕獲系を有する燃焼型系（例えば、ボイラー）の一実施形態のブロック図である。
【図５】図５は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む炭素捕獲冷却系の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に記載するために、本明細書では、実際の実施の全ての特徴を記載しないことがある。当然のことながら、かかる実際の実施の際には、あらゆる工学又は設計企画と同様に、個々の実施毎に変化し得る系関連及び業務関連の制約の遵守のような実施者の特定の目標を達成するために数多くの実施毎の決定を下さなければならない。さらにまた、当然のことながら、かかる開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも本開示に接した当業者にとっては設計、制作及び製造の日常的な活動であろう。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数形態の用語はそれらの要素が１以上存在することを意味する。用語「からなる」、「含む」及び「有する」は包括的なものであり、列挙された要素以外に追加の要素が存在し得ることを意味している。
【００１２】
以下に述べるように、開示されている実施形態は、体積で約８０〜１００％の純度の二酸化炭素（ＣＯ2）のような捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含んでいる。一部の実施形態では、ＣＯ2は体積で少なくとも約８０、８５、９０、９５又は１００％の純度であり得る。以下の説明でＣＯ2に言及するときはいずれも、上記のいずれかの純度であり、１００％の純度に限定されることはないものと了解されたい。開示されている実施形態は、炭素を含有する固体、液体又は気体状の物質から、炭素を含むガス（例えば、ＣＯ2）を分離するように構成された炭素捕獲系を含み得る。例えば、この炭素捕獲系は、ガス化系、燃焼型の系（例えば、ボイラー）のような各種のアプリケーション又は一般に統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの部品からの物質を受容し得る。炭素を含むガスを捕獲すると、開示されている実施形態では、その捕獲された炭素含有ガスを膨張させて、１以上の部品を冷却することにより、例えば、ＩＧＣＣ発電プラントにおける効率を増大させる。
【００１３】
この独特の冷却系は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、ＣＯ2）を膨張（例えば、断熱膨張）させてその捕獲された炭素含有ガスの温度を低下させるように構成された膨張器（エキスパンダー）（例えば、断熱ガス膨張器）を含み得、その後この炭素含有ガスは冷却を必要とする部品内の１以上の冷却回路（例えば、ライン）を通って循環する。すぐ分かるように、断熱膨張は、周囲に対する熱の流入・流出を伴わない体積の増大である。従って、断熱膨張器は、熱伝達に対して概ね不透過性である断熱境界又は熱伝達を実質的に遮断して断熱境界に近付ける断熱壁を含んでいる。断熱膨張器は、断熱壁の内側で、捕獲された炭素含有ガスの流れ方向の体積を増大させることにより、その捕獲された炭素含有ガスの圧力と温度を低下させる。理想的には断熱膨張器は周囲に熱を伝達することは全くないが、当然のことながら、絶縁体が完全な断熱をもたらすことはないので、断熱膨張器は若干の熱を周囲に伝達し得る。言い換えると、膨張器は完全に断熱ではないことがある。以下の説明で、膨張器に言及する場合、非断熱膨張器か又は断熱膨張器若しくは近断熱膨張器であり得る断熱膨張器のいずれも包含するものと了解されたい。近断熱膨張器は周囲に対して少なくとも９０〜１００％の断熱であり得る。このように、すぐ分かるように、膨張器は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、ＣＯ2）の体積増大（従って圧力低下）によりそのガスの温度を低下させるように構成された様々な実施形態を包含し得る。
【００１４】
以下に説明する一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素は、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系に使用する溶剤、イオウ除去系に使用する溶剤、窒素除去系に使用する溶剤、水性ガスシフト反応器に使用する溶剤、蒸留塔オーバーヘッド流、ガス清浄器、圧縮機、タービンエンジン又はこれらの任意の組合せのような様々なＩＧＣＣ部品を冷却するのに使用し得る。一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素はＩＧＣＣ系の部品の冷却を担う一次冷媒であってもよい。他の実施形態では、この二酸化炭素は、主冷媒系の故障の際に冷却を提供することができる補助又はバックアップ冷却剤として使用し得る。溶剤に基づく系の場合、膨張した二酸化炭素副生成物を冷却目的で使用すると、この冷却された二酸化炭素の低い温度のため所望の滞留時間を実現するのに必要な溶剤循環速度が小さくなるので、この系の部品の大きさが低下し得る。また、捕獲された二酸化炭素を冷却用に使用すると、冷却サイクルで使用する凝縮器や蒸発器のような典型的な冷却用部品の必要性がなくなり得る。従って、この独特の冷却系は、炭素を含むガスの現存する供給源を利用することにより、典型的な冷却サイクルと比較して、比較的単純であり、必要とされる空間が少なくなり、またＩＧＣＣの全体の効率を増大させる。
【００１５】
ここで図面を参照すると、図１は、合成ガスつまりシンガスを生成し燃焼することができる統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）系１００の一実施形態の図である。以下に詳細に述べるように、１以上のＩＧＣＣ部品を、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系により冷却することができる。ＩＧＣＣ系１００の要素としては、ＩＧＣＣのエネルギー源として利用することができる固体供給原料のような燃料供給源１０２を挙げることができる。燃料供給源１０２としては、石炭、石油コークス、バイオマス、木材系原料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス及びアスファルト又はその他の炭素含有物質を挙げることができる。
【００１６】
燃料供給源１０２の固体燃料は供給原料調製装置１０４に通すことができる。供給原料調製装置１０４は、例えば、燃料供給源１０２を切り刻んだり、ミル加工したり、細断したり、粉砕したり、豆炭状にしたり又はパレタイジングしたりすることによって燃料供給源１０２の大きさを変えるか又は形を変えて供給原料を生成することができる。さらに、供給原料調製装置１０４で水その他の適切な液体を燃料供給源１０２に加えてスラリー状の供給原料を作成してもよい。他の実施形態では、燃料供給源に液体を加えることなく、乾燥供給原料を生成する。
【００１７】
供給原料は供給原料調製装置１０４からガス化器１０６に通すことができる。ガス化器１０６は、供給原料をシンガス、例えば一酸化炭素と水素の組合せに変換することができる。この変換は、利用するガス化器１０６の種類に応じて、調節された量の蒸気と酸素を、高い圧力、例えば約２０バール〜８５バール及び温度、例えば約７００℃〜１６００℃で、供給原料に作用させることによって達成することができる。ガス化プロセスにおいて供給原料は、この供給原料を加熱する熱分解プロセスを受けさせることができる。熱分解プロセス中、ガス化器１０６内部の温度は、その供給原料を生成するのに利用した燃料供給源１０２に応じて約１５０℃〜７００℃の範囲であり得る。熱分解プロセス中供給原料の加熱により、固体（例えば、炭）及び残渣ガス（例えば、一酸化炭素、水素及び窒素）が生成し得る。熱分解プロセス後に残る供給原料由来の炭は元の供給原料の重量の約３０％以下の重量しかない可能性がある。
【００１８】
次に、ガス化器１０６で燃焼プロセスが起こり得る。燃焼は、炭及び残渣ガスに酸素を導入することを含み得る。炭と残渣ガスは酸素と反応して二酸化炭素と一酸化炭素を形成することができ、これにより次のガス化反応のための熱が得られる。燃焼プロセス中の温度は約７００℃〜１６００℃の範囲であり得る。次いで、ガス化ステップ中ガス化器１０６に蒸気を導入することができる。炭は約８００℃〜１１００℃の範囲の温度で二酸化炭素及び蒸気と反応して一酸化炭素と水素を生成し得る。基本的に、ガス化器は蒸気と酸素を利用して供給原料の幾らかを「燃焼」させて一酸化炭素を生成すると共にエネルギーを放出し、これが、さらなる供給原料を水素と追加の二酸化炭素に変換する第２の反応を促進する。
【００１９】
このようにして、ガス化器１０６でシンガスを製造する。この得られたガスは約８５％の一酸化炭素と水素を等しい割合で含み、さらにＣＨ4、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ及びＨ2Ｓ（供給原料のイオウ含有量に基づく）を含み得る。この得られたガスは、例えばＨ2Ｓを含有しているので、汚れたシンガスと呼ぶことができる。ガス化器１０６はまた、湿った灰分であり得るスラグ１０８のような廃棄物も生成し得る。このスラグ１０８はガス化器１０６から除去し、例えば道路の基礎材料又はその他の建築材料として廃棄することができる。この汚れたシンガスを清浄化するために、ガス清浄器１１０を利用することができる。一実施形態では、ガス清浄器１１０は水性ガスシフト反応器であり得る。ガス清浄器１１０は汚れたシンガスを洗浄してＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ及びＨ2Ｓをその汚れたシンガスから除去することができ、これには、例えば、イオウ処理装置１１２内での酸性ガス除去プロセスによるイオウ処理装置１１２でのイオウ１１１の分離が含まれ得る。また、ガス清浄器１１０は、水精製技術を利用して汚れたシンガスから使用可能な塩１１３を生成することができる水処理装置１１４により汚れたシンガスから塩１１３を分離することもできる。その後、ガス清浄器１１０から出るガスは、微量の他の化学物質、例えばＮＨ3（アンモニア）及びＣＨ4（メタン）と共にきれいなシンガス（例えば、シンガスからイオウ１１１が除去されている）を含み得る。
【００２０】
幾つかの実施形態では、ガス処理装置を利用して、アンモニア及びメタンのような追加の残留ガス成分、並びにメタノール又はあらゆる残留化学物質をきれいなシンガスから除去してもよい。しかし、このきれいなシンガスは残留ガス成分、例えばテールガスを含有していても燃料として利用することができるので、きれいなシンガスからの残留ガス成分の除去は任意である。この時点で、きれいなシンガスは約３％のＣＯ、約５５％のＨ2及び約４０％のＣＯ2を含み得、Ｈ2Ｓは実質的に除去されている。
【００２１】
幾つかの実施形態では、炭素捕獲系１１６は、シンガス中に含有されている炭素を含むガス（例えば、体積で約８０〜１００％の純度の二酸化炭素）を除去し処理することができる。また、炭素捕獲系１１６は、圧縮機、清浄器、金属イオン封鎖若しくは原油の二次回収のためにＣＯ2を供給するパイプライン、ＣＯ2貯蔵タンク又はこれらの任意の組合せも含み得る。次に、捕獲された二酸化炭素は二酸化炭素膨張器１１７に移送され、ここで二酸化炭素の体積を膨張させて適切な倍率で圧力を低下させる。例えば、二酸化炭素膨張器１１７は約２〜４の倍率、例えば約２の倍率で体積を増大し圧力を低下することができる。二酸化炭素膨張器１１７は捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積で少なくとも８０％の純度のＣＯ2）の体積を増大し、圧力を低下し、かつ温度を低下するように構成されたいかなる適切な膨張機構でもよい。幾つかの実施形態では、二酸化炭素膨張器１１７は断熱された膨張器（例えば、断熱膨張器又は近断熱膨張器）、非断熱膨張器、スロットルバルブなどであり得る。例えば、二酸化炭素膨張器１１７は、断熱されたエンクロージャ内で炭素を含むガスの体積を膨張させることによりその炭素を含むガスの温度を低下させるいかなる装置であることもできる。二酸化炭素は二酸化炭素膨張器１１７に入るとき高圧（例えば、約２０００〜３０００ｐｓｉ又は約２５００ｐｓｉ）であるので、体積膨張によって二酸化炭素の温度が低下し（例えば、約５〜１００℃又は約２０〜３０℃）、従ってこの二酸化炭素をその系の適切な冷却剤として使用することが可能になる。従って、この冷却された二酸化炭素（例えば、約２０〜４０℃又は約３０℃）はその系内を通って循環してその冷却の必要性を満たすか又はその後の段階で膨張させてさらに低い温度にすることができる。そのイオウ含有成分及びその二酸化炭素の大きな割合が除去されたきれいなシンガスはその後、可燃燃料として燃焼器１２０、例えばガスタービンエンジン１１８の燃焼室へ送ることができる。
【００２２】
ＩＧＣＣ系１００はさらに空気分離装置（ＡＳＵ）１２２を含んでいることができる。ＡＳＵ１２２は、例えば蒸留技術により、空気を成分ガスに分離するように作動することができる。ＡＳＵ１２２は補助空気圧縮機１２３から供給された空気から酸素を分離することができ、またＡＳＵ１２２はその分離された酸素をガス化器１０６に移送することができる。加えて、ＡＳＵ１２２は分離された窒素を希釈窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機１２４に送ることができる。
【００２３】
ＤＧＡＮ圧縮機１２４は、ＡＳＵ１２２から受容した窒素を、シンガスの適正な燃焼を妨害しないように、少なくとも燃焼器１２０内の圧力と等しい圧力レベルに圧縮することができる。すなわち、ＤＧＡＮ圧縮機１２４が窒素を適正なレベルまで適度に圧縮したら、このＤＧＡＮ圧縮機１２４はその圧縮された窒素をガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０に送ることができる。窒素は、希釈剤として使用して、例えば排気の調節を容易にすることができる。
【００２４】
既に記載したように、圧縮された窒素はＤＧＡＮ圧縮機１２４からガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０へ送ることができる。ガスタービンエンジン１１８はタービン１３０、駆動軸１３１及び圧縮機１３２、並びに燃焼器１２０を含むことができる。燃焼器１２０は、圧力下で燃料ノズルから投入することができるシンガスのような燃料を受容することができる。この燃料は圧縮された空気及びＤＧＡＮ圧縮機１２４からの圧縮された窒素と混合し、燃焼器１２０内で燃焼することができる。この燃焼は高温の加圧された排気ガスを作り出すことができる。
【００２５】
燃焼器１２０は排気ガスをタービン１３０の排気口に向けて案内することができる。燃焼器１２０からの排気ガスがタービン１３０を通るとき、排気ガスはタービン１３０内のタービンブレードに力を与えて、ガスタービンエンジン１１８の軸に沿って駆動軸１３１を回転させる。図に示すように、駆動軸１３１はガスタービンエンジン１１８の圧縮機１３２を始めとする様々な部品に連結されている。
【００２６】
駆動軸１３１はタービン１３０を圧縮機１３２に連結してローターを形成し得る。圧縮機１３２は駆動軸１３１に結合したブレードを含んでいることができる。従って、タービン１３０内のタービンブレードの回転により、タービン１３０を圧縮機１３２に連結している駆動軸１３１が圧縮機１３２内のブレードを回転させ得る。この圧縮機１３２内のブレードの回転により、圧縮機１３２は、空気取り入れ口を介して受容した空気を圧縮機１３２内で圧縮する。次に、この圧縮された空気を燃焼器１２０に供給し、燃料及び圧縮された窒素と混合して、より高い効率の燃焼を可能にすることができる。駆動軸１３１はまた、例えば発電プラントにおいて電気出力を生成するための発電機のような固定負荷であり得る負荷１３４にも連結することができる。実際、負荷１３４はガスタービンエンジン１１８の回転出力により動力を供給されるいかなる適切な装置であってもよい。
【００２７】
ＩＧＣＣ系１００はまた、蒸気タービンエンジン１３６及び熱回収蒸気生成（ＨＲＳＧ）系１３８も含んでいることができる。蒸気タービンエンジン１３６は第２の負荷１４０を駆動することができる。第２の負荷１４０もまた電気出力を生成するための発電機であってもよい。しかし、第１及び第２の負荷１３４、１４０の双方がガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６により駆動することができる他の種類の負荷であってもよい。また、ガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６は例示した実施形態に示すように別個の負荷１３４及び１４０を駆動してもよいが、ガスタービンエンジン１１８と蒸気タービンエンジン１３６はまた単一のシャフトを介して単一の負荷を駆動するようにタンデムに並べて利用することもできる。ガスタービンエンジン１１８と同様に蒸気タービンエンジン１３６の具体的な構成は個々の実施により特定であり得、あらゆる組合せのセクションを含み得る。
【００２８】
この系１００はまたＨＲＳＧ１３８を含んでいてもよい。ガスタービンエンジン１１８からの加熱された排気ガスがＨＲＳＧ１３８中に輸送され得、これを使用して水を加熱し、蒸気タービンエンジン１３６に動力を供給するために使用される蒸気を生成することができる。例えば蒸気タービンエンジン１３６の低圧セクションからの排気は凝縮器１４２中に案内され得る。凝縮器１４２は冷却塔１２８を利用して、加熱された水と冷却された水を交換することができる。冷却塔１２８は、冷たい水を凝縮器１４２に供給して、蒸気タービンエンジン１３６から凝縮器１４２に送られた蒸気を凝縮するのを助けるように作用する。凝縮器１４２からの凝縮液は次にＨＲＳＧ１３８中に案内され得る。ここでも、ガスタービンエンジン１１８からの排気をＨＲＳＧ１３８中に案内して凝縮器１４２からの水を加熱し蒸気を生成することもできる。
【００２９】
ＩＧＣＣ系１００のような複合サイクル系において、高温の排気はガスタービンエンジン１１８からＨＲＳＧ１３８に通して流すことができ、そこで高圧高温の蒸気を生成するのに使用することができる。ＨＲＳＧ１３８により生成した蒸気は次に発電のために蒸気タービンエンジン１３６を通り得る。加えて、生成した蒸気はまた、蒸気を使用し得るあらゆる他のプロセス、例えばガス化器１０６に供給することができる。ガスタービンエンジン１１８生成サイクルは「トッピングサイクル」といわれることが多く、一方蒸気タービンエンジン１３６生成サイクルは「ボトミングサイクル」といわれることが多い。図１に示すようにこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、ＩＧＣＣ系１００は両方のサイクルにおいてより大きな効率が導かれ得る。特に、トッピングサイクルからの排熱を捕獲し、ボトミングサイクルで使用される蒸気を生成するのに使用することができる。
【００３０】
図２は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む図１に示すようなガス化系又はプロセス１５０の一実施形態のブロック図である。ガス化プロセス１５０は空気分離装置１５２、炭素質供給原料調製装置１５４、ガス化器１０６、微粒子除去／冷却／シフト系１５６、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系１５８、二酸化炭素圧縮及び精製系１６４、並びに独特の冷却系又は回路１６３を含んでいる。以下にさらに詳細に述べるように、冷却系又は回路１６３は二酸化炭素膨張器１１７を含んでおり、また圧縮／精製系１６４（例えば、圧縮機）及び／又は圧縮された炭素を含むガス（例えば、ＣＯ2）の供給源としてのパイプライン１６６も含み得る。作動中、膨張器１１７は炭素を含むガスの体積膨張及び圧力低下を生じさせ、次にはＡＧＲ系１５８における冷却剤としてのその後の使用のために炭素を含むガスの実質的な冷却を生じさせる。すなわち、冷却系１６３は１以上のライン、ループ及び／又は熱交換器を通って炭素を含むガスを冷却剤として循環させることにより、系１５０内の装置を冷却せしめる。
【００３１】
図に示すように、ガス化器１０６は、装置１５２及び１５４から空気及び炭素質原料の供給を受ける。例えば、炭素質供給原料調製装置１５４は炭素質供給原料（例えば、石炭、石油、バイオマス、生物燃料）を液体（例えば、水）又は気体と共に粉砕し混合し、この調製された供給原料をガス化器１０６に移送することができる。幾つかの実施形態では、装置１５４は調製された供給原料を計量し加圧してガス化器に送るポジメトリック(posimetric)ポンプを含み得る。ガス化プロセス１５０のＡＳＵ１５２は空気を成分ガスに分離することにより作動し得る。例えば、極低温であり得るか又は圧力変動吸着（ＰＳＡ）を利用し得る蒸留技術をＡＳＵ１５２で使用することができる。ＡＳＵ１５２は供給された空気から酸素を分離することができ、この分離した酸素を上記のようにガス化器１０６に移送することができる。さらに、ＡＳＵ１５２は回収のため又は下流で発電に使用するために窒素のようなガスを分離することができる。次に、ガス化器１０６は炭素質供給原料を汚れたシンガス（例えば、イオウを含有するシンガス）に変換する。
【００３２】
ガス化器１０６は装置１５２及び１５４からの酸素と供給原料を利用して燃焼プロセスによりシンガスを生成する。例えば、ガス化器１０６は炭及び残渣ガスを酸素と反応させて二酸化炭素と一酸化炭素を形成するように構成することができる。燃焼プロセス中の温度は約７００℃〜約１６００℃の範囲であり得る。幾つかの実施形態では、ガス化器１０６は蒸気を導入することにより、約８００℃〜１１００℃の範囲の温度で炭、二酸化炭素及び蒸気間の反応を起こさせて、一酸化炭素と水素を生成することができる。基本的に、ガス化器１０６は蒸気と酸素を利用して、炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質供給原料の幾らかを燃焼させ二酸化炭素とエネルギーを生成し、従ってさらなる炭素質供給原料を水素及び追加の一酸化炭素に変換する主反応を行わせる。このようにして、ガス化器１０６により汚れたシンガスが製造される。未精製のシンガスは約８５％の一酸化炭素と水素、並びにＣＨ4、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＯＳ及びＨ2Ｓ（炭素質供給原料のイオウ含有量に基づく）を含み得ることに留意されたい。
【００３３】
ガス化プロセス１５０では次に、汚れたシンガスを微粒子除去／冷却／シフト系１５６に移送する。すぐ分かるように、ガス化器１０６はスラグ及び湿った灰のような不要な廃棄物を生成し得る。従って、系１５６では、ガス化の望ましくない副生成物をろ過し廃棄し得る。一部の実施形態では、これらの副生成物は道路の基礎材料又は別の建築材料として廃棄し得る。また、系１５６は、一酸化炭素が水（例えば蒸気）と反応して二酸化炭素と水素を形成するＷＧＳ反応を実行するように構成された水性ガスシフト（ＷＧＳ）反応器を含んでいてもよい。ＷＧＳ反応は適正なメタン化のために未精製のシンガス中の水素と一酸化炭素の比が約１対１から約３対１に調節されるように実行し得る。その後、メタン化反応器がメタン化プロセスを実行して、シンガス中のＣＯとＨ2をＣＨ4とＨ2Ｏ、すなわちメタン（例えば、ＳＮＧ）と水に変換し得る。
【００３４】
系１５６では汚れたシンガスをＡＧＲ系１５８に送り、二酸化炭素１６１と酸性ガス１６２を除去することによりきれいなシンガス１６０を生成する。例えば、ＡＧＲ系１５８は反応を利用して酸性ガス１６２（例えば、硫化水素［Ｈ2Ｓ］）と二酸化炭素１６１（ＣＯ2）を汚れたシンガスから分離することによりきれいなシンガス１６０（例えば、イオウと二酸化炭素を含まないシンガス）を生成することができる。一部の実施形態では、ＡＧＲ系１５８は熱変動プロセスを利用して望ましいシンガスから酸性ガス１６２を分離することができる。例えば、熱変動プロセスは、Ｈ2Ｓの吸着を実施する吸着ステップ及びその後の空気又は酸素富化空気を用いた熱再生ステップを含み得る。この熱変動プロセス（すなわち、温ガス清浄化(warm gas cleanup)）は吸着ステップでシンガスを酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような流動化媒体と混合して硫化亜鉛（ＺｎＳ）を生成することを含み得る。再生ステップでは、この硫化亜鉛を加熱下で酸素（Ｏ2）と混合して二酸化イオウ（ＳＯ2）を生成することができ、この二酸化イオウはイオウの除去及び廃棄のために系の他の部品に送ることができる。
【００３５】
ＡＧＲ系１５８は次に、きれいなシンガス１６０をガスタービン、ボイラー、パイプライン、貯蔵タンク、ＩＧＣＣ部品又は別の適切なアプリケーションに送る。ＡＧＲ系１５８はまた酸性ガス１６２をイオウ回収装置のような１以上の追加の処理系に送る。例示した実施形態では、ＡＧＲ系１５８はまた二酸化炭素１６１を適切な炭素捕獲系１１６に送り、これはＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、貯蔵タンク又は炭素を消費しない任意の他の目的地を含み得る。例えば、系１６４は貯蔵及びその後の使用のためにＣＯ2を脱水し圧縮し得る。例示した実施形態では、系１６４はＣＯ2をパイプライン１６６に送り、これが炭素金属イオン封鎖、例えば原油の二次回収（ＥＯＲ）又は塩水帯水層(saline aquifers)のためにＣＯ2を移送する。
【００３６】
例示した実施形態では、プロセス１５０は独特の冷却系又は回路１６３を含み、これは二酸化炭素膨張器１１７及び圧縮／精製系１６４（例えば、圧縮機）を含む。例えば、回路１６３は直接圧縮／精製系１６４から来る圧縮された二酸化炭素１６５の流れ及び／又はパイプライン１６６からの圧縮された二酸化炭素１６７の流れを含み得る。別の例として、圧縮された二酸化炭素はＩＧＣＣ系１００内の他の供給源又はプロセスから得ることができる。供給源に関わらず、二酸化炭素は実質的に圧縮され、二酸化炭素膨張器１１７で膨張させることができ、これにより冷却を提供する。
【００３７】
二酸化炭素膨張器１１７に入るＣＯ2は膨張により高圧から低圧になる。幾つかの実施形態では、膨張は断熱、近断熱又は実質的に断熱であってＣＯ2と周囲との間の熱伝達を低減し得る。この圧力低下と一致する体積膨張の結果、ＣＯ2の温度が低下する。一部の実施形態では、ＣＯ2膨張器１１７は圧力及び／又は温度を少なくとも約３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００又は４００％低下させ得る。例えば、圧力は約２〜４の倍率（例えば、約２の倍率）で低下し得、温度は約５〜１００℃（例えば、約２０〜３０℃）低下し得る。しかし、体積、圧力及び温度のいかなる変化も開示されている実施形態の範囲内であり、これらの例はいかなる意味でも限定するものではない。冷却された二酸化炭素はその後ＡＧＲ系１５８の部品に通して再循環させて冷却を提供することができる。例えば、膨張した二酸化炭素を使用してＡＧＲ系１５８内に使用される溶剤の温度を下げることができる。一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素は約５〜１００℃（例えば、約２０〜３０℃）の温度変化により溶剤を冷却することができる。しかし、すぐ分かるように、温度の変化は流速及びその他のアプリケーションに関連する事項に依存し得る。
【００３８】
図３は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含む図１に示すようなガス精製及び炭素捕獲系１６８の一実施形態のブロック図である。例示した系１６８はＡＧＲ系１５８及び炭素捕獲系１１６を含んでいる。ＡＧＲ系１５８は硫化水素（Ｈ2Ｓ）吸収ステップ又は装置１７０（例えば、酸性ガス除去装置）を含んでいる。炭素捕獲系１１６はＣＯ2吸収ステップ又は装置１７２、溶剤貯蔵タンク１７６及びＣＯ2回収ステップ又は装置１７８を含んでいる。炭素捕獲系１１６はまた、ＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク又は別の用途のＣＯ2も含み得る。以下に詳細に述べるように、例示した実施形態は、圧縮されたＣＯ2を膨張器１１７内で膨張させて、冷却剤として使用されるＣＯ2の冷却を生じさせる冷却系又は回路１６３を含んでいる。一部の実施形態では、冷却されたＣＯ2はＨ2Ｓ吸収装置１７０、ＣＯ2吸収装置１７２、ＣＯ2回収装置１７８又はこれらの任意の組合せのための冷却剤として使用することができる。冷却されたＣＯ2はまたＩＧＣＣ系１００内の他の部品のためにも使用することができる。
【００３９】
例示した実施形態では、冷却系１６３は膨張したＣＯ2を使用してＨ2Ｓ吸収装置１７０とＣＯ2回収装置１７８の両方を冷却する。例えば、冷却系１６３は膨張した、従って冷却されたＣＯ2をＣＯ2回収装置１７８に、次いでＨ2Ｓ吸収装置１７０に通して送ることができる。例示した実施形態では、冷却系１８０はＣＯ2回収装置１７８とＨ2Ｓ吸収装置１７０の間でＣＯ2の追加の冷却を提供し得る。しかし、冷却系１８０は、冷却系１６３により提供される冷却を考えると、能力が実質的に低下しても又は完全に除去してもよい。図に示すように、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2の循環のために第１のＣＯ2冷却ループ１８７及び第２のＣＯ2冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はＣＯ2回収装置１７８及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６を通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はＣＯ2回収装置１７８、冷却系１８０及びＨ2Ｓ吸収装置１７０を通してＣＯ2を循環させ、その後ＣＯ2をＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６に戻す。これらのループ１８７及び１８９は、第１の冷却ループ１８７が、ＣＯ2の第１の部分をＣＯ2圧縮及び精製系１６４に、ＣＯ2の第２の部分をＣＯ2回収装置１７８で冷却剤として使用した後に第２の冷却ループ１８９に送るように、互いに結合し得る。
【００４０】
Ｈ2Ｓ吸収装置１７０は１以上の発熱反応を介して汚れたシンガス１７４からＨ2Ｓを除去することにより酸性ガス流１８２を提供する。冷却系１８０及び／又は冷却系１６３は装置１７０を冷却して発熱反応による温度を下げる。上述したように、酸性ガス１８２は元素状のイオウを回収するためにイオウ回収装置に移送することができる。
【００４１】
シンガスはＨ2Ｓが除去されたら、ＣＯ2吸収装置１７２に入る。例示した実施形態では、ＣＯ2吸収装置１７２は溶剤を使用してシンガスからＣＯ2を除去する。装置１７２は溶剤貯蔵タンク１７６から溶剤を受容する。例えば、１種以上のアルカノールアミン（例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミンなど）を含有する水溶液をシンガス中に含有されるＣＯ2の吸収に適した量で溶剤貯蔵タンク１７６から取り出すことができる。Ｈ2ＳとＣＯ2の両方が除去されたきれいなシンガス１８４はその後発電その他の下流の化学プロセスに使用される。
【００４２】
装置１７２はＣＯ2が富化されたアミン系の溶剤をＣＯ2回収装置１７８中に移送し、これは炭素捕獲系１１６で使用するＣＯ2を分離する。例えば、ＣＯ2回収装置１７８は、溶液からＣＯ2を除去する再生器を含み得る。清浄化された溶剤１８６の再生流はその後、ＣＯ2吸収装置１７２で再使用するために溶剤貯蔵タンク１７６に再循環される。
【００４３】
装置１７８は、捕獲されたＣＯ2１８８を、圧縮、膨張及びその後の、冷却の必要性を満たすようにＡＧＲ系１５８を通す再循環のために炭素捕獲系１１６中に移送する。例えば、炭素捕獲系１１６はＣＯ2圧縮及び精製装置１６４、ＣＯ2パイプライン１６６、貯蔵タンク、二酸化炭素膨張器１１７又はＣＯ2の別の適切な用途を含み得る。上述したように、膨張器１１７はＣＯ2の体積膨張及び圧力低下を引き起こすことにより、ＣＯ2の温度低下を起こさせる。例えば、膨張器１１７は二酸化炭素を約３５℃の温度に冷却することができ、これを用いて、溶剤貯蔵タンク１７６からの溶剤をＣＯ2吸収ステップ１７２に供給される前に約４５〜５５℃の温度に冷却することができる。上述の特徴は吸収プロセスの効率を増大する効果を有し得る。すなわち、シンガスは低めの温度でより高い溶解性を有するからである。一部の実施形態では、冷却された二酸化炭素を使用して、ＡＧＲ系１５８内のステップ間でシンガスを冷却することができる。
【００４４】
図４は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含むガス精製及び炭素捕獲系１９１を有する燃焼型系１９０の一実施形態のブロック図である。例示した実施形態では、ガス精製及び炭素捕獲系１９１は微粒子除去／冷却／シフト系１５６、イオウ及び／又は窒素除去系１９２、並びに炭素捕獲系１１６を含んでいる。上述したように、炭素捕獲系１１６はＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク、並びにＣＯ2の様々なアプリケーションを含み得る。特に、炭素捕獲系１１６は圧縮されたＣＯ2をＣＯ2の膨張のために独特の冷却系１６３に供給することにより、ＣＯ2を冷却して系１９０のための冷却剤として作用させる。冷却されたＣＯ2は系１９１のあらゆる部品、並びに燃焼型系１９０のボイラー１９４及びその他のプラント設備１９５のための冷却剤として使用することができる。
【００４５】
ボイラー１９４は酸素１９６の供給及び炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質燃料を受容して高温の燃焼ガスを生成する。ボイラー１９４はまた水１９７の供給も受容し、これは高温のガスにより加熱されて蒸気１９８を生成する。ボイラー１９４は蒸気１９８を発電用蒸気タービンのような１以上の部品に送る。ボイラー１９４はまた、高温の燃焼ガスを上述したように精製するために微粒子除去／冷却／シフト系１５６に送る。系１５６は次に燃焼ガスをイオウ及び／又は窒素除去系１９２に送り、ここでイオウ／窒素に富む流れ２００が二酸化炭素を含有する流れ１８８から分離される。
【００４６】
例示した実施形態では、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2をイオウ及び／又は窒素除去系１９２及びプラント設備１９５に供給する。例えば、冷却系１６３は第１の冷却ループ１８７と第２の冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はイオウ及び／又は窒素除去系１９２及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６を通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はプラント設備１９５を通してＣＯ2を循環させる。例示した実施形態では、第１の冷却ループ１８７は、冷却されたＣＯ2の一部分を、イオウ及び／又は窒素除去系１９２に通す前にプラント設備１９５に迂回させる。しかし、他の実施形態では、冷却の必要性に応じて、冷却されたＣＯ2は、プラント設備１９５を冷却するのに使用する前に除去系１９２を冷却するのに使用してもよい。プラント設備１９５としては、各種のＩＧＣＣ部品、発電装置、エンジン、化学処理装置、熱交換器などを挙げることができる。例えば、冷却系１６３は、蒸留塔のオーバーヘッド流を冷却するために、冷却されたＣＯ2を使用し得る。例えば、冷却されたＣＯ2を使用して、還流からのシンガス生成物を分離するのに使用する蒸留塔に関連するオーバーヘッド流の温度を下げることができる。追加の実施形態では、冷却されたＣＯ2は、ＩＧＣＣ発電プラントの連続蒸留プロセスに関連するオーバーヘッド流の冷媒として使用してもよい。すなわち、冷却されたＣＯ2は、ＩＧＣＣ発電プラントにおける連続流分離プロセスに関連するあらゆる流れを冷却するのに使用することができる。さらなる例として、冷却されたＣＯ2は、凝縮器、蒸発器及び圧縮機を有する閉鎖ループを通して冷媒（例えば、アンモニア又はフレオン）を循環させる冷却サイクルの代わりに使用してもよい。
【００４７】
図５は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含む炭素捕獲冷却系２１０の一実施形態のブロック図である。例示した実施形態では、系２１０は化学生産系２１２及び炭素捕獲系１１６を含んでいる。化学生産系２１２は部分酸化又は改質装置２１４並びに微粒子除去／冷却／シフト系１５６を含んでいる。炭素捕獲系１１６はＣＯ2除去系２１６、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク又は捕獲されたＣＯ2の別のアプリケーションを含んでいる。特に、炭素捕獲系１１６は圧縮されたＣＯ2をＣＯ2の膨張のために独特の冷却系１６３に供給することにより、ＣＯ2を冷却して系２１０の冷却剤として作用させる。冷却されたＣＯ2は、部分酸化又は改質装置２１４、微粒子除去／冷却／シフト系１５６、ＣＯ2除去系２１６、プラント設備１９５又はこれらの任意の組合せを含めて、系２１０のあらゆる部品のための冷却剤として使用することができる。
【００４８】
部分酸化又は改質ステップ２１４は炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質燃料を受容する。一部の実施形態では、炭素質燃料としては、メタノール、天然ガス、プロパン、ガソリン、オートガス、ディーゼル燃料、エタノール、ナフサ、その他あらゆる炭素質物質を挙げることができる。部分酸化又は改質装置２１４はまた酸素及び／又は蒸気流２１８も受容する。一実施形態では、部分酸化又は改質ステップ２１４は部分酸化を行って、他のガスの中でも特に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2）を含むシンガス混合物を生成する。例えば、シンガス混合物はＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｓ、Ｎ2及びＣＯ2を含み得る。幾つかの実施形態では、部分酸化又は改質装置２１４は炭素質供給原料をオクタン価のより高い生成物及び水素に変換する。系２１２は次にシンガスを、上述したように精製するために微粒子除去／冷却／シフト系１５６に送る。
【００４９】
化学生産系２１２は次にシンガスを炭素捕獲系１１６に送る。特に、微粒子除去／冷却／シフト系１５６はシンガスをＣＯ2除去系２１６に移送し、ここでＣＯ2１８８が分離されてきれいなシンガス２２０が生成する。例えば、ＣＯ2除去系２１６は溶剤型の系、膜型の系又はその他ＣＯ2の除去に適したあらゆる種類の系であり得る。ＣＯ2除去系２１６はきれいなシンガス２２０を追加の処理装置、ガスタービン、ボイラー又は別のアプリケーションに移送する。また、ＣＯ2除去系２１６は分離されたＣＯ2１８８を炭素捕獲系１１６に移送する。例えば、ＣＯ2圧縮及び精製系１６４はＣＯ2を圧縮し精製した後、第１の部分をパイプライン１６６に、また第２の部分を冷却系１６３に送る。
【００５０】
例示した実施形態では、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2をＣＯ2除去系２１６及びプラント設備１９５に供給する。例えば、冷却系１６３は第１の冷却ループ１８７及び第２の冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はＣＯ2除去系２１６及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６に通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はＣＯ2をプラント設備１９５に通して循環させる。例示した実施形態では、第１の冷却ループ１８７は冷却されたＣＯ2の一部分をＣＯ2除去系１９２に通す前にプラント設備１９５に迂回させる。しかし、他の実施形態では、冷却されたＣＯ2は、冷却の必要性に応じて、プラント設備１９５を冷却するのに使用する前にＣＯ2除去系２１６を冷却するのに使用することができる。プラント設備１９５としては、各種のＩＧＣＣ部品、発電装置、エンジン、化学処理装置、熱交換器などを挙げることができる。
【００５１】
本発明の技術的効果としては冷却系と組み合わせた炭素捕獲系を挙げることができ、ここでは捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積で約８０〜１００％の純度のＣＯ2）を冷却系で冷却剤として使用する。この炭素捕獲系はあらゆる工業プラント、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントなどの一部であることができる。同様に、この冷却系を用いて、各種の工業プラント設備、ＩＧＣＣ装置などを冷却することができる。一部の実施形態では、制御装置又はプログラムされた装置（例えば、コンピューターシステム）は、炭素捕獲系及び／又は冷却系を制御して、捕獲された炭素含有ガスにより提供される冷却の量を変化させる指令を含み得る。例えば、この制御装置又はプログラムされた装置は、炭素を含むガスの体積膨張の速度及び／又は倍率を増大又は低下させることにより、炭素を含むガスの温度変化を増大又は低減することができる。また、この制御装置又はプログラムされた装置は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積膨張により冷却された）が１以上の冷却回路を通る流速を制御することにより、捕獲された炭素含有ガスにより提供される冷却の量を制御することもできる。一部の実施形態では、制御装置又はプログラムされた装置は冷却系を制御して、捕獲された炭素含有ガスを１次冷却源又は２次冷却源として使用することができる。例えば、捕獲された炭素含有ガスを用いて現存する冷却系を補足することができ、炭素捕獲に基づく冷却系を組み込むことによってその現存冷却系を大幅に小型化することができる。
【００５２】
以上の説明では、最良の態様を含めて本発明を開示し、また当業者が本発明を実施し、例えばいずれかの装置又は系を作り使用し、参照した方法を実施することができるように、例を用いている。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲に規定されており、当業者には明らかな他の例を含み得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言通りの構造要素を有するか又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価な構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲内に入るものである。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 統合型複合サイクル系（ＩＧＣＣ系）
１０２ 燃料供給源
１０４ 供給原料調製装置
１０６ ガス化器
１０８ スラグ
１１０ ガス清浄器
１１１ イオウ
１１２ イオウ処理装置
１１３ 塩
１１４ 水処理装置
１１６ 炭素捕獲系
１１７ 二酸化炭素膨張器
１１８ ガスタービンエンジン
１２０ 燃焼器
１２２ 空気分離装置
１２３ 補助空気圧縮機
１２４ ＤＧＡＮ圧縮機
１２８ 冷却塔
１３０ タービン
１３１ 駆動軸
１３２ 圧縮機
１３４ 負荷
１３６ 蒸気タービンエンジン
１３８ ＨＲＳＧ系
１４０ 第２の負荷
１４２ 凝縮器
１５０ ガス化系又はプロセス
１５２ 空気分離装置
１５４ 炭素質供給原料調製装置
１５６ シフト系
１５８ ＡＧＲ系
１６０ きれいなシンガス
１６１ 二酸化炭素
１６２ 酸性ガス
１６３ 冷却系又は回路
１６４ 圧縮／精製系
１６６ パイプライン
１６８ 炭素捕獲系
１７０ 硫化水素吸収ステップ／装置
１７２ 二酸化炭素吸収ステップ／装置
１７４ 汚れたシンガス
１７６ 溶剤貯蔵タンク
１７８ 二酸化炭素回収ステップ／装置
１８０ 冷却系
１８２ 酸性ガス
１８４ きれいなシンガス
１８６ 清浄化された溶剤
１８７ 第１の二酸化炭素冷却ループ
１８８ 捕獲された二酸化炭素
１８９ 第２の冷却ループ
１９０ 燃焼型の系
１９１ ガス精製及び炭素捕獲系
１９２ イオウ及び／又は窒素除去系
１９４ ボイラー
１９５ プラント設備
１９６ 酸素
１９７ 水
１９８ 蒸気
２００ イオウ／窒素富化流
２１０ 炭素捕獲冷却系
２１２ 化学生産系
２１４ 部分酸化又は改質装置
２１６ 二酸化炭素除去系
２１８ 酸素及び／又は蒸気流
２２０ きれいなシンガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素捕獲系に関する。
【背景技術】
【０００２】
統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントは、石炭又は天然ガスのような各種の炭素質供給原料から比較的クリーンに、かつ効率的にエネルギーを生成することができる。ＩＧＣＣ技術は、炭素質供給原料を、ガス化器における酸素及び蒸気との反応により、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2）のガス混合物、すなわちシンガスに変換することができる。これらのガスは清浄化し、処理し、ＩＧＣＣ発電プラントで燃料として利用することができる。例えば、シンガスをＩＧＣＣ発電プラントのガスタービンの燃焼器中に供給し点火して、発電に使用するためにガスタービンを作動させることができる。かかるＩＧＣＣプラントは通例、シンガスを形成するプロセスで使用するための冷却系を必要とする。残念ながら、現在の冷却系は環境的及び金銭的に費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３６１４８７２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の範囲に属する幾つかの実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、これらの実施形態は本発明の可能な形態の簡単な概要を提供するためだけのものである。実際、本発明は以下に記載する実施形態と類似であってもよいし又は異なっていてもよい様々な形態を包含し得る。
【０００５】
第１の実施形態では、系は炭素を含むガスをシンガスから収集するように構成された炭素捕獲系を含んでいる。この系はまた炭素を含むガスを冷却回路内に含む冷却系も含んでいる。
【０００６】
第２の実施形態では、系は、二酸化炭素（ＣＯ2）をガスから除去するように構成されたガス清浄器、ガス清浄器からＣＯ2を受領するように構成された炭素捕獲系及びＣＯ2の少なくとも一部分を膨張させて１以上の部品を冷却するように構成されたＣＯ2膨張器を含んでいる。
【０００７】
第３の実施形態では、系は、ガス化器からのガスを処理するように構成された溶剤を含む酸性ガス除去（ＡＧＲ）系を含んでおり、このＡＧＲ系はイオウ及び二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するように構成されており、また系はＣＯ2の少なくとも一部分を膨張させて溶剤を冷却するように構成されたＣＯ2膨張器を含んでいる。
【０００８】
本発明の上記及び他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めばさらに良く理解されるであろう。図面中、類似の符号は類似の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）の膨脹に基づく独特の冷却系を組み込んだ統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの一実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、図１に示すガス化系の一実施形態のブロック図である。
【図３】図３は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、図１に示すガス精製及び炭素捕獲系の一実施形態のブロック図である。
【図４】図４は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む、ガス精製及び炭素捕獲系を有する燃焼型系（例えば、ボイラー）の一実施形態のブロック図である。
【図５】図５は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む炭素捕獲冷却系の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に記載するために、本明細書では、実際の実施の全ての特徴を記載しないことがある。当然のことながら、かかる実際の実施の際には、あらゆる工学又は設計企画と同様に、個々の実施毎に変化し得る系関連及び業務関連の制約の遵守のような実施者の特定の目標を達成するために数多くの実施毎の決定を下さなければならない。さらにまた、当然のことながら、かかる開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも本開示に接した当業者にとっては設計、制作及び製造の日常的な活動であろう。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数形態の用語はそれらの要素が１以上存在することを意味する。用語「からなる」、「含む」及び「有する」は包括的なものであり、列挙された要素以外に追加の要素が存在し得ることを意味している。
【００１２】
以下に述べるように、開示されている実施形態は、体積で約８０〜１００％の純度の二酸化炭素（ＣＯ2）のような捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含んでいる。一部の実施形態では、ＣＯ2は体積で少なくとも約８０、８５、９０、９５又は１００％の純度であり得る。以下の説明でＣＯ2に言及するときはいずれも、上記のいずれかの純度であり、１００％の純度に限定されることはないものと了解されたい。開示されている実施形態は、炭素を含有する固体、液体又は気体状の物質から、炭素を含むガス（例えば、ＣＯ2）を分離するように構成された炭素捕獲系を含み得る。例えば、この炭素捕獲系は、ガス化系、燃焼型の系（例えば、ボイラー）のような各種のアプリケーション又は一般に統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントの部品からの物質を受容し得る。炭素を含むガスを捕獲すると、開示されている実施形態では、その捕獲された炭素含有ガスを膨張させて、１以上の部品を冷却することにより、例えば、ＩＧＣＣ発電プラントにおける効率を増大させる。
【００１３】
この独特の冷却系は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、ＣＯ2）を膨張（例えば、断熱膨張）させてその捕獲された炭素含有ガスの温度を低下させるように構成された膨張器（エキスパンダー）（例えば、断熱ガス膨張器）を含み得、その後この炭素含有ガスは冷却を必要とする部品内の１以上の冷却回路（例えば、ライン）を通って循環する。すぐ分かるように、断熱膨張は、周囲に対する熱の流入・流出を伴わない体積の増大である。従って、断熱膨張器は、熱伝達に対して概ね不透過性である断熱境界又は熱伝達を実質的に遮断して断熱境界に近付ける断熱壁を含んでいる。断熱膨張器は、断熱壁の内側で、捕獲された炭素含有ガスの流れ方向の体積を増大させることにより、その捕獲された炭素含有ガスの圧力と温度を低下させる。理想的には断熱膨張器は周囲に熱を伝達することは全くないが、当然のことながら、絶縁体が完全な断熱をもたらすことはないので、断熱膨張器は若干の熱を周囲に伝達し得る。言い換えると、膨張器は完全に断熱ではないことがある。以下の説明で、膨張器に言及する場合、非断熱膨張器か又は断熱膨張器若しくは近断熱膨張器であり得る断熱膨張器のいずれも包含するものと了解されたい。近断熱膨張器は周囲に対して少なくとも９０〜１００％の断熱であり得る。このように、すぐ分かるように、膨張器は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、ＣＯ2）の体積増大（従って圧力低下）によりそのガスの温度を低下させるように構成された様々な実施形態を包含し得る。
【００１４】
以下に説明する一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素は、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系に使用する溶剤、イオウ除去系に使用する溶剤、窒素除去系に使用する溶剤、水性ガスシフト反応器に使用する溶剤、蒸留塔オーバーヘッド流、ガス清浄器、圧縮機、タービンエンジン又はこれらの任意の組合せのような様々なＩＧＣＣ部品を冷却するのに使用し得る。一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素はＩＧＣＣ系の部品の冷却を担う一次冷媒であってもよい。他の実施形態では、この二酸化炭素は、主冷媒系の故障の際に冷却を提供することができる補助又はバックアップ冷却剤として使用し得る。溶剤に基づく系の場合、膨張した二酸化炭素副生成物を冷却目的で使用すると、この冷却された二酸化炭素の低い温度のため所望の滞留時間を実現するのに必要な溶剤循環速度が小さくなるので、この系の部品の大きさが低下し得る。また、捕獲された二酸化炭素を冷却用に使用すると、冷却サイクルで使用する凝縮器や蒸発器のような典型的な冷却用部品の必要性がなくなり得る。従って、この独特の冷却系は、炭素を含むガスの現存する供給源を利用することにより、典型的な冷却サイクルと比較して、比較的単純であり、必要とされる空間が少なくなり、またＩＧＣＣの全体の効率を増大させる。
【００１５】
ここで図面を参照すると、図１は、合成ガスつまりシンガスを生成し燃焼することができる統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）系１００の一実施形態の図である。以下に詳細に述べるように、１以上のＩＧＣＣ部品を、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系により冷却することができる。ＩＧＣＣ系１００の要素としては、ＩＧＣＣのエネルギー源として利用することができる固体供給原料のような燃料供給源１０２を挙げることができる。燃料供給源１０２としては、石炭、石油コークス、バイオマス、木材系原料、農業廃棄物、タール、コークス炉ガス及びアスファルト又はその他の炭素含有物質を挙げることができる。
【００１６】
燃料供給源１０２の固体燃料は供給原料調製装置１０４に通すことができる。供給原料調製装置１０４は、例えば、燃料供給源１０２を切り刻んだり、ミル加工したり、細断したり、粉砕したり、豆炭状にしたり又はパレタイジングしたりすることによって燃料供給源１０２の大きさを変えるか又は形を変えて供給原料を生成することができる。さらに、供給原料調製装置１０４で水その他の適切な液体を燃料供給源１０２に加えてスラリー状の供給原料を作成してもよい。他の実施形態では、燃料供給源に液体を加えることなく、乾燥供給原料を生成する。
【００１７】
供給原料は供給原料調製装置１０４からガス化器１０６に通すことができる。ガス化器１０６は、供給原料をシンガス、例えば一酸化炭素と水素の組合せに変換することができる。この変換は、利用するガス化器１０６の種類に応じて、調節された量の蒸気と酸素を、高い圧力、例えば約２０バール〜８５バール及び温度、例えば約７００℃〜１６００℃で、供給原料に作用させることによって達成することができる。ガス化プロセスにおいて供給原料は、この供給原料を加熱する熱分解プロセスを受けさせることができる。熱分解プロセス中、ガス化器１０６内部の温度は、その供給原料を生成するのに利用した燃料供給源１０２に応じて約１５０℃〜７００℃の範囲であり得る。熱分解プロセス中供給原料の加熱により、固体（例えば、炭）及び残渣ガス（例えば、一酸化炭素、水素及び窒素）が生成し得る。熱分解プロセス後に残る供給原料由来の炭は元の供給原料の重量の約３０％以下の重量しかない可能性がある。
【００１８】
次に、ガス化器１０６で燃焼プロセスが起こり得る。燃焼は、炭及び残渣ガスに酸素を導入することを含み得る。炭と残渣ガスは酸素と反応して二酸化炭素と一酸化炭素を形成することができ、これにより次のガス化反応のための熱が得られる。燃焼プロセス中の温度は約７００℃〜１６００℃の範囲であり得る。次いで、ガス化ステップ中ガス化器１０６に蒸気を導入することができる。炭は約８００℃〜１１００℃の範囲の温度で二酸化炭素及び蒸気と反応して一酸化炭素と水素を生成し得る。基本的に、ガス化器は蒸気と酸素を利用して供給原料の幾らかを「燃焼」させて一酸化炭素を生成すると共にエネルギーを放出し、これが、さらなる供給原料を水素と追加の二酸化炭素に変換する第２の反応を促進する。
【００１９】
このようにして、ガス化器１０６でシンガスを製造する。この得られたガスは約８５％の一酸化炭素と水素を等しい割合で含み、さらにＣＨ4、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ及びＨ2Ｓ（供給原料のイオウ含有量に基づく）を含み得る。この得られたガスは、例えばＨ2Ｓを含有しているので、汚れたシンガスと呼ぶことができる。ガス化器１０６はまた、湿った灰分であり得るスラグ１０８のような廃棄物も生成し得る。このスラグ１０８はガス化器１０６から除去し、例えば道路の基礎材料又はその他の建築材料として廃棄することができる。この汚れたシンガスを清浄化するために、ガス清浄器１１０を利用することができる。一実施形態では、ガス清浄器１１０は水性ガスシフト反応器であり得る。ガス清浄器１１０は汚れたシンガスを洗浄してＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯＳ、ＨＣＮ及びＨ2Ｓをその汚れたシンガスから除去することができ、これには、例えば、イオウ処理装置１１２内での酸性ガス除去プロセスによるイオウ処理装置１１２でのイオウ１１１の分離が含まれ得る。また、ガス清浄器１１０は、水精製技術を利用して汚れたシンガスから使用可能な塩１１３を生成することができる水処理装置１１４により汚れたシンガスから塩１１３を分離することもできる。その後、ガス清浄器１１０から出るガスは、微量の他の化学物質、例えばＮＨ3（アンモニア）及びＣＨ4（メタン）と共にきれいなシンガス（例えば、シンガスからイオウ１１１が除去されている）を含み得る。
【００２０】
幾つかの実施形態では、ガス処理装置を利用して、アンモニア及びメタンのような追加の残留ガス成分、並びにメタノール又はあらゆる残留化学物質をきれいなシンガスから除去してもよい。しかし、このきれいなシンガスは残留ガス成分、例えばテールガスを含有していても燃料として利用することができるので、きれいなシンガスからの残留ガス成分の除去は任意である。この時点で、きれいなシンガスは約３％のＣＯ、約５５％のＨ2及び約４０％のＣＯ2を含み得、Ｈ2Ｓは実質的に除去されている。
【００２１】
幾つかの実施形態では、炭素捕獲系１１６は、シンガス中に含有されている炭素を含むガス（例えば、体積で約８０〜１００％の純度の二酸化炭素）を除去し処理することができる。また、炭素捕獲系１１６は、圧縮機、清浄器、金属イオン封鎖若しくは原油の二次回収のためにＣＯ2を供給するパイプライン、ＣＯ2貯蔵タンク又はこれらの任意の組合せも含み得る。次に、捕獲された二酸化炭素は二酸化炭素膨張器１１７に移送され、ここで二酸化炭素の体積を膨張させて適切な倍率で圧力を低下させる。例えば、二酸化炭素膨張器１１７は約２〜４の倍率、例えば約２の倍率で体積を増大し圧力を低下することができる。二酸化炭素膨張器１１７は捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積で少なくとも８０％の純度のＣＯ2）の体積を増大し、圧力を低下し、かつ温度を低下するように構成されたいかなる適切な膨張機構でもよい。幾つかの実施形態では、二酸化炭素膨張器１１７は断熱された膨張器（例えば、断熱膨張器又は近断熱膨張器）、非断熱膨張器、スロットルバルブなどであり得る。例えば、二酸化炭素膨張器１１７は、断熱されたエンクロージャ内で炭素を含むガスの体積を膨張させることによりその炭素を含むガスの温度を低下させるいかなる装置であることもできる。二酸化炭素は二酸化炭素膨張器１１７に入るとき高圧（例えば、約２０００〜３０００ｐｓｉ又は約２５００ｐｓｉ）であるので、体積膨張によって二酸化炭素の温度が低下し（例えば、約５〜１００℃又は約２０〜３０℃）、従ってこの二酸化炭素をその系の適切な冷却剤として使用することが可能になる。従って、この冷却された二酸化炭素（例えば、約２０〜４０℃又は約３０℃）はその系内を通って循環してその冷却の必要性を満たすか又はその後の段階で膨張させてさらに低い温度にすることができる。そのイオウ含有成分及びその二酸化炭素の大きな割合が除去されたきれいなシンガスはその後、可燃燃料として燃焼器１２０、例えばガスタービンエンジン１１８の燃焼室へ送ることができる。
【００２２】
ＩＧＣＣ系１００はさらに空気分離装置（ＡＳＵ）１２２を含んでいることができる。ＡＳＵ１２２は、例えば蒸留技術により、空気を成分ガスに分離するように作動することができる。ＡＳＵ１２２は補助空気圧縮機１２３から供給された空気から酸素を分離することができ、またＡＳＵ１２２はその分離された酸素をガス化器１０６に移送することができる。加えて、ＡＳＵ１２２は分離された窒素を希釈窒素（ＤＧＡＮ）圧縮機１２４に送ることができる。
【００２３】
ＤＧＡＮ圧縮機１２４は、ＡＳＵ１２２から受容した窒素を、シンガスの適正な燃焼を妨害しないように、少なくとも燃焼器１２０内の圧力と等しい圧力レベルに圧縮することができる。すなわち、ＤＧＡＮ圧縮機１２４が窒素を適正なレベルまで適度に圧縮したら、このＤＧＡＮ圧縮機１２４はその圧縮された窒素をガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０に送ることができる。窒素は、希釈剤として使用して、例えば排気の調節を容易にすることができる。
【００２４】
既に記載したように、圧縮された窒素はＤＧＡＮ圧縮機１２４からガスタービンエンジン１１８の燃焼器１２０へ送ることができる。ガスタービンエンジン１１８はタービン１３０、駆動軸１３１及び圧縮機１３２、並びに燃焼器１２０を含むことができる。燃焼器１２０は、圧力下で燃料ノズルから投入することができるシンガスのような燃料を受容することができる。この燃料は圧縮された空気及びＤＧＡＮ圧縮機１２４からの圧縮された窒素と混合し、燃焼器１２０内で燃焼することができる。この燃焼は高温の加圧された排気ガスを作り出すことができる。
【００２５】
燃焼器１２０は排気ガスをタービン１３０の排気口に向けて案内することができる。燃焼器１２０からの排気ガスがタービン１３０を通るとき、排気ガスはタービン１３０内のタービンブレードに力を与えて、ガスタービンエンジン１１８の軸に沿って駆動軸１３１を回転させる。図に示すように、駆動軸１３１はガスタービンエンジン１１８の圧縮機１３２を始めとする様々な部品に連結されている。
【００２６】
駆動軸１３１はタービン１３０を圧縮機１３２に連結してローターを形成し得る。圧縮機１３２は駆動軸１３１に結合したブレードを含んでいることができる。従って、タービン１３０内のタービンブレードの回転により、タービン１３０を圧縮機１３２に連結している駆動軸１３１が圧縮機１３２内のブレードを回転させ得る。この圧縮機１３２内のブレードの回転により、圧縮機１３２は、空気取り入れ口を介して受容した空気を圧縮機１３２内で圧縮する。次に、この圧縮された空気を燃焼器１２０に供給し、燃料及び圧縮された窒素と混合して、より高い効率の燃焼を可能にすることができる。駆動軸１３１はまた、例えば発電プラントにおいて電気出力を生成するための発電機のような固定負荷であり得る負荷１３４にも連結することができる。実際、負荷１３４はガスタービンエンジン１１８の回転出力により動力を供給されるいかなる適切な装置であってもよい。
【００２７】
ＩＧＣＣ系１００はまた、蒸気タービンエンジン１３６及び熱回収蒸気生成（ＨＲＳＧ）系１３８も含んでいることができる。蒸気タービンエンジン１３６は第２の負荷１４０を駆動することができる。第２の負荷１４０もまた電気出力を生成するための発電機であってもよい。しかし、第１及び第２の負荷１３４、１４０の双方がガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６により駆動することができる他の種類の負荷であってもよい。また、ガスタービンエンジン１１８及び蒸気タービンエンジン１３６は例示した実施形態に示すように別個の負荷１３４及び１４０を駆動してもよいが、ガスタービンエンジン１１８と蒸気タービンエンジン１３６はまた単一のシャフトを介して単一の負荷を駆動するようにタンデムに並べて利用することもできる。ガスタービンエンジン１１８と同様に蒸気タービンエンジン１３６の具体的な構成は個々の実施により特定であり得、あらゆる組合せのセクションを含み得る。
【００２８】
この系１００はまたＨＲＳＧ１３８を含んでいてもよい。ガスタービンエンジン１１８からの加熱された排気ガスがＨＲＳＧ１３８中に輸送され得、これを使用して水を加熱し、蒸気タービンエンジン１３６に動力を供給するために使用される蒸気を生成することができる。例えば蒸気タービンエンジン１３６の低圧セクションからの排気は凝縮器１４２中に案内され得る。凝縮器１４２は冷却塔１２８を利用して、加熱された水と冷却された水を交換することができる。冷却塔１２８は、冷たい水を凝縮器１４２に供給して、蒸気タービンエンジン１３６から凝縮器１４２に送られた蒸気を凝縮するのを助けるように作用する。凝縮器１４２からの凝縮液は次にＨＲＳＧ１３８中に案内され得る。ここでも、ガスタービンエンジン１１８からの排気をＨＲＳＧ１３８中に案内して凝縮器１４２からの水を加熱し蒸気を生成することもできる。
【００２９】
ＩＧＣＣ系１００のような複合サイクル系において、高温の排気はガスタービンエンジン１１８からＨＲＳＧ１３８に通して流すことができ、そこで高圧高温の蒸気を生成するのに使用することができる。ＨＲＳＧ１３８により生成した蒸気は次に発電のために蒸気タービンエンジン１３６を通り得る。加えて、生成した蒸気はまた、蒸気を使用し得るあらゆる他のプロセス、例えばガス化器１０６に供給することができる。ガスタービンエンジン１１８生成サイクルは「トッピングサイクル」といわれることが多く、一方蒸気タービンエンジン１３６生成サイクルは「ボトミングサイクル」といわれることが多い。図１に示すようにこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、ＩＧＣＣ系１００は両方のサイクルにおいてより大きな効率が導かれ得る。特に、トッピングサイクルからの排熱を捕獲し、ボトミングサイクルで使用される蒸気を生成するのに使用することができる。
【００３０】
図２は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系を含む図１に示すようなガス化系又はプロセス１５０の一実施形態のブロック図である。ガス化プロセス１５０は空気分離装置１５２、炭素質供給原料調製装置１５４、ガス化器１０６、微粒子除去／冷却／シフト系１５６、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系１５８、二酸化炭素圧縮及び精製系１６４、並びに独特の冷却系又は回路１６３を含んでいる。以下にさらに詳細に述べるように、冷却系又は回路１６３は二酸化炭素膨張器１１７を含んでおり、また圧縮／精製系１６４（例えば、圧縮機）及び／又は圧縮された炭素を含むガス（例えば、ＣＯ2）の供給源としてのパイプライン１６６も含み得る。作動中、膨張器１１７は炭素を含むガスの体積膨張及び圧力低下を生じさせ、次にはＡＧＲ系１５８における冷却剤としてのその後の使用のために炭素を含むガスの実質的な冷却を生じさせる。すなわち、冷却系１６３は１以上のライン、ループ及び／又は熱交換器を通って炭素を含むガスを冷却剤として循環させることにより、系１５０内の装置を冷却せしめる。
【００３１】
図に示すように、ガス化器１０６は、装置１５２及び１５４から空気及び炭素質原料の供給を受ける。例えば、炭素質供給原料調製装置１５４は炭素質供給原料（例えば、石炭、石油、バイオマス、生物燃料）を液体（例えば、水）又は気体と共に粉砕し混合し、この調製された供給原料をガス化器１０６に移送することができる。幾つかの実施形態では、装置１５４は調製された供給原料を計量し加圧してガス化器に送るポジメトリック(posimetric)ポンプを含み得る。ガス化プロセス１５０のＡＳＵ１５２は空気を成分ガスに分離することにより作動し得る。例えば、極低温であり得るか又は圧力変動吸着（ＰＳＡ）を利用し得る蒸留技術をＡＳＵ１５２で使用することができる。ＡＳＵ１５２は供給された空気から酸素を分離することができ、この分離した酸素を上記のようにガス化器１０６に移送することができる。さらに、ＡＳＵ１５２は回収のため又は下流で発電に使用するために窒素のようなガスを分離することができる。次に、ガス化器１０６は炭素質供給原料を汚れたシンガス（例えば、イオウを含有するシンガス）に変換する。
【００３２】
ガス化器１０６は装置１５２及び１５４からの酸素と供給原料を利用して燃焼プロセスによりシンガスを生成する。例えば、ガス化器１０６は炭及び残渣ガスを酸素と反応させて二酸化炭素と一酸化炭素を形成するように構成することができる。燃焼プロセス中の温度は約７００℃〜約１６００℃の範囲であり得る。幾つかの実施形態では、ガス化器１０６は蒸気を導入することにより、約８００℃〜１１００℃の範囲の温度で炭、二酸化炭素及び蒸気間の反応を起こさせて、一酸化炭素と水素を生成することができる。基本的に、ガス化器１０６は蒸気と酸素を利用して、炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質供給原料の幾らかを燃焼させ二酸化炭素とエネルギーを生成し、従ってさらなる炭素質供給原料を水素及び追加の一酸化炭素に変換する主反応を行わせる。このようにして、ガス化器１０６により汚れたシンガスが製造される。未精製のシンガスは約８５％の一酸化炭素と水素、並びにＣＨ4、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＣＯＳ及びＨ2Ｓ（炭素質供給原料のイオウ含有量に基づく）を含み得ることに留意されたい。
【００３３】
ガス化プロセス１５０では次に、汚れたシンガスを微粒子除去／冷却／シフト系１５６に移送する。すぐ分かるように、ガス化器１０６はスラグ及び湿った灰のような不要な廃棄物を生成し得る。従って、系１５６では、ガス化の望ましくない副生成物をろ過し廃棄し得る。一部の実施形態では、これらの副生成物は道路の基礎材料又は別の建築材料として廃棄し得る。また、系１５６は、一酸化炭素が水（例えば蒸気）と反応して二酸化炭素と水素を形成するＷＧＳ反応を実行するように構成された水性ガスシフト（ＷＧＳ）反応器を含んでいてもよい。ＷＧＳ反応は適正なメタン化のために未精製のシンガス中の水素と一酸化炭素の比が約１対１から約３対１に調節されるように実行し得る。その後、メタン化反応器がメタン化プロセスを実行して、シンガス中のＣＯとＨ2をＣＨ4とＨ2Ｏ、すなわちメタン（例えば、ＳＮＧ）と水に変換し得る。
【００３４】
系１５６では汚れたシンガスをＡＧＲ系１５８に送り、二酸化炭素１６１と酸性ガス１６２を除去することによりきれいなシンガス１６０を生成する。例えば、ＡＧＲ系１５８は反応を利用して酸性ガス１６２（例えば、硫化水素［Ｈ2Ｓ］）と二酸化炭素１６１（ＣＯ2）を汚れたシンガスから分離することによりきれいなシンガス１６０（例えば、イオウと二酸化炭素を含まないシンガス）を生成することができる。一部の実施形態では、ＡＧＲ系１５８は熱変動プロセスを利用して望ましいシンガスから酸性ガス１６２を分離することができる。例えば、熱変動プロセスは、Ｈ2Ｓの吸着を実施する吸着ステップ及びその後の空気又は酸素富化空気を用いた熱再生ステップを含み得る。この熱変動プロセス（すなわち、温ガス清浄化(warm gas cleanup)）は吸着ステップでシンガスを酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような流動化媒体と混合して硫化亜鉛（ＺｎＳ）を生成することを含み得る。再生ステップでは、この硫化亜鉛を加熱下で酸素（Ｏ2）と混合して二酸化イオウ（ＳＯ2）を生成することができ、この二酸化イオウはイオウの除去及び廃棄のために系の他の部品に送ることができる。
【００３５】
ＡＧＲ系１５８は次に、きれいなシンガス１６０をガスタービン、ボイラー、パイプライン、貯蔵タンク、ＩＧＣＣ部品又は別の適切なアプリケーションに送る。ＡＧＲ系１５８はまた酸性ガス１６２をイオウ回収装置のような１以上の追加の処理系に送る。例示した実施形態では、ＡＧＲ系１５８はまた二酸化炭素１６１を適切な炭素捕獲系１１６に送り、これはＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、貯蔵タンク又は炭素を消費しない任意の他の目的地を含み得る。例えば、系１６４は貯蔵及びその後の使用のためにＣＯ2を脱水し圧縮し得る。例示した実施形態では、系１６４はＣＯ2をパイプライン１６６に送り、これが炭素金属イオン封鎖、例えば原油の二次回収（ＥＯＲ）又は塩水帯水層(saline aquifers)のためにＣＯ2を移送する。
【００３６】
例示した実施形態では、プロセス１５０は独特の冷却系又は回路１６３を含み、これは二酸化炭素膨張器１１７及び圧縮／精製系１６４（例えば、圧縮機）を含む。例えば、回路１６３は直接圧縮／精製系１６４から来る圧縮された二酸化炭素１６５の流れ及び／又はパイプライン１６６からの圧縮された二酸化炭素１６７の流れを含み得る。別の例として、圧縮された二酸化炭素はＩＧＣＣ系１００内の他の供給源又はプロセスから得ることができる。供給源に関わらず、二酸化炭素は実質的に圧縮され、二酸化炭素膨張器１１７で膨張させることができ、これにより冷却を提供する。
【００３７】
二酸化炭素膨張器１１７に入るＣＯ2は膨張により高圧から低圧になる。幾つかの実施形態では、膨張は断熱、近断熱又は実質的に断熱であってＣＯ2と周囲との間の熱伝達を低減し得る。この圧力低下と一致する体積膨張の結果、ＣＯ2の温度が低下する。一部の実施形態では、ＣＯ2膨張器１１７は圧力及び／又は温度を少なくとも約３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００又は４００％低下させ得る。例えば、圧力は約２〜４の倍率（例えば、約２の倍率）で低下し得、温度は約５〜１００℃（例えば、約２０〜３０℃）低下し得る。しかし、体積、圧力及び温度のいかなる変化も開示されている実施形態の範囲内であり、これらの例はいかなる意味でも限定するものではない。冷却された二酸化炭素はその後ＡＧＲ系１５８の部品に通して再循環させて冷却を提供することができる。例えば、膨張した二酸化炭素を使用してＡＧＲ系１５８内に使用される溶剤の温度を下げることができる。一部の実施形態では、膨張した二酸化炭素は約５〜１００℃（例えば、約２０〜３０℃）の温度変化により溶剤を冷却することができる。しかし、すぐ分かるように、温度の変化は流速及びその他のアプリケーションに関連する事項に依存し得る。
【００３８】
図３は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含む図１に示すようなガス精製及び炭素捕獲系１６８の一実施形態のブロック図である。例示した系１６８はＡＧＲ系１５８及び炭素捕獲系１１６を含んでいる。ＡＧＲ系１５８は硫化水素（Ｈ2Ｓ）吸収ステップ又は装置１７０（例えば、酸性ガス除去装置）を含んでいる。炭素捕獲系１１６はＣＯ2吸収ステップ又は装置１７２、溶剤貯蔵タンク１７６及びＣＯ2回収ステップ又は装置１７８を含んでいる。炭素捕獲系１１６はまた、ＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク又は別の用途のＣＯ2も含み得る。以下に詳細に述べるように、例示した実施形態は、圧縮されたＣＯ2を膨張器１１７内で膨張させて、冷却剤として使用されるＣＯ2の冷却を生じさせる冷却系又は回路１６３を含んでいる。一部の実施形態では、冷却されたＣＯ2はＨ2Ｓ吸収装置１７０、ＣＯ2吸収装置１７２、ＣＯ2回収装置１７８又はこれらの任意の組合せのための冷却剤として使用することができる。冷却されたＣＯ2はまたＩＧＣＣ系１００内の他の部品のためにも使用することができる。
【００３９】
例示した実施形態では、冷却系１６３は膨張したＣＯ2を使用してＨ2Ｓ吸収装置１７０とＣＯ2回収装置１７８の両方を冷却する。例えば、冷却系１６３は膨張した、従って冷却されたＣＯ2をＣＯ2回収装置１７８に、次いでＨ2Ｓ吸収装置１７０に通して送ることができる。例示した実施形態では、冷却系１８０はＣＯ2回収装置１７８とＨ2Ｓ吸収装置１７０の間でＣＯ2の追加の冷却を提供し得る。しかし、冷却系１８０は、冷却系１６３により提供される冷却を考えると、能力が実質的に低下しても又は完全に除去してもよい。図に示すように、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2の循環のために第１のＣＯ2冷却ループ１８７及び第２のＣＯ2冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はＣＯ2回収装置１７８及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６を通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はＣＯ2回収装置１７８、冷却系１８０及びＨ2Ｓ吸収装置１７０を通してＣＯ2を循環させ、その後ＣＯ2をＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６に戻す。これらのループ１８７及び１８９は、第１の冷却ループ１８７が、ＣＯ2の第１の部分をＣＯ2圧縮及び精製系１６４に、ＣＯ2の第２の部分をＣＯ2回収装置１７８で冷却剤として使用した後に第２の冷却ループ１８９に送るように、互いに結合し得る。
【００４０】
Ｈ2Ｓ吸収装置１７０は１以上の発熱反応を介して汚れたシンガス１７４からＨ2Ｓを除去することにより酸性ガス流１８２を提供する。冷却系１８０及び／又は冷却系１６３は装置１７０を冷却して発熱反応による温度を下げる。上述したように、酸性ガス１８２は元素状のイオウを回収するためにイオウ回収装置に移送することができる。
【００４１】
シンガスはＨ2Ｓが除去されたら、ＣＯ2吸収装置１７２に入る。例示した実施形態では、ＣＯ2吸収装置１７２は溶剤を使用してシンガスからＣＯ2を除去する。装置１７２は溶剤貯蔵タンク１７６から溶剤を受容する。例えば、１種以上のアルカノールアミン（例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミンなど）を含有する水溶液をシンガス中に含有されるＣＯ2の吸収に適した量で溶剤貯蔵タンク１７６から取り出すことができる。Ｈ2ＳとＣＯ2の両方が除去されたきれいなシンガス１８４はその後発電その他の下流の化学プロセスに使用される。
【００４２】
装置１７２はＣＯ2が富化されたアミン系の溶剤をＣＯ2回収装置１７８中に移送し、これは炭素捕獲系１１６で使用するＣＯ2を分離する。例えば、ＣＯ2回収装置１７８は、溶液からＣＯ2を除去する再生器を含み得る。清浄化された溶剤１８６の再生流はその後、ＣＯ2吸収装置１７２で再使用するために溶剤貯蔵タンク１７６に再循環される。
【００４３】
装置１７８は、捕獲されたＣＯ2１８８を、圧縮、膨張及びその後の、冷却の必要性を満たすようにＡＧＲ系１５８を通す再循環のために炭素捕獲系１１６中に移送する。例えば、炭素捕獲系１１６はＣＯ2圧縮及び精製装置１６４、ＣＯ2パイプライン１６６、貯蔵タンク、二酸化炭素膨張器１１７又はＣＯ2の別の適切な用途を含み得る。上述したように、膨張器１１７はＣＯ2の体積膨張及び圧力低下を引き起こすことにより、ＣＯ2の温度低下を起こさせる。例えば、膨張器１１７は二酸化炭素を約３５℃の温度に冷却することができ、これを用いて、溶剤貯蔵タンク１７６からの溶剤をＣＯ2吸収ステップ１７２に供給される前に約４５〜５５℃の温度に冷却することができる。上述の特徴は吸収プロセスの効率を増大する効果を有し得る。すなわち、シンガスは低めの温度でより高い溶解性を有するからである。一部の実施形態では、冷却された二酸化炭素を使用して、ＡＧＲ系１５８内のステップ間でシンガスを冷却することができる。
【００４４】
図４は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含むガス精製及び炭素捕獲系１９１を有する燃焼型系１９０の一実施形態のブロック図である。例示した実施形態では、ガス精製及び炭素捕獲系１９１は微粒子除去／冷却／シフト系１５６、イオウ及び／又は窒素除去系１９２、並びに炭素捕獲系１１６を含んでいる。上述したように、炭素捕獲系１１６はＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク、並びにＣＯ2の様々なアプリケーションを含み得る。特に、炭素捕獲系１１６は圧縮されたＣＯ2をＣＯ2の膨張のために独特の冷却系１６３に供給することにより、ＣＯ2を冷却して系１９０のための冷却剤として作用させる。冷却されたＣＯ2は系１９１のあらゆる部品、並びに燃焼型系１９０のボイラー１９４及びその他のプラント設備１９５のための冷却剤として使用することができる。
【００４５】
ボイラー１９４は酸素１９６の供給及び炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質燃料を受容して高温の燃焼ガスを生成する。ボイラー１９４はまた水１９７の供給も受容し、これは高温のガスにより加熱されて蒸気１９８を生成する。ボイラー１９４は蒸気１９８を発電用蒸気タービンのような１以上の部品に送る。ボイラー１９４はまた、高温の燃焼ガスを上述したように精製するために微粒子除去／冷却／シフト系１５６に送る。系１５６は次に燃焼ガスをイオウ及び／又は窒素除去系１９２に送り、ここでイオウ／窒素に富む流れ２００が二酸化炭素を含有する流れ１８８から分離される。
【００４６】
例示した実施形態では、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2をイオウ及び／又は窒素除去系１９２及びプラント設備１９５に供給する。例えば、冷却系１６３は第１の冷却ループ１８７と第２の冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はイオウ及び／又は窒素除去系１９２及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６を通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はプラント設備１９５を通してＣＯ2を循環させる。例示した実施形態では、第１の冷却ループ１８７は、冷却されたＣＯ2の一部分を、イオウ及び／又は窒素除去系１９２に通す前にプラント設備１９５に迂回させる。しかし、他の実施形態では、冷却の必要性に応じて、冷却されたＣＯ2は、プラント設備１９５を冷却するのに使用する前に除去系１９２を冷却するのに使用してもよい。プラント設備１９５としては、各種のＩＧＣＣ部品、発電装置、エンジン、化学処理装置、熱交換器などを挙げることができる。例えば、冷却系１６３は、蒸留塔のオーバーヘッド流を冷却するために、冷却されたＣＯ2を使用し得る。例えば、冷却されたＣＯ2を使用して、還流からのシンガス生成物を分離するのに使用する蒸留塔に関連するオーバーヘッド流の温度を下げることができる。追加の実施形態では、冷却されたＣＯ2は、ＩＧＣＣ発電プラントの連続蒸留プロセスに関連するオーバーヘッド流の冷媒として使用してもよい。すなわち、冷却されたＣＯ2は、ＩＧＣＣ発電プラントにおける連続流分離プロセスに関連するあらゆる流れを冷却するのに使用することができる。さらなる例として、冷却されたＣＯ2は、凝縮器、蒸発器及び圧縮機を有する閉鎖ループを通して冷媒（例えば、アンモニア又はフレオン）を循環させる冷却サイクルの代わりに使用してもよい。
【００４７】
図５は、捕獲された炭素含有ガスの膨張に基づく独特の冷却系１６３を含む炭素捕獲冷却系２１０の一実施形態のブロック図である。例示した実施形態では、系２１０は化学生産系２１２及び炭素捕獲系１１６を含んでいる。化学生産系２１２は部分酸化又は改質装置２１４並びに微粒子除去／冷却／シフト系１５６を含んでいる。炭素捕獲系１１６はＣＯ2除去系２１６、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４、パイプライン１６６、ＣＯ2貯蔵タンク又は捕獲されたＣＯ2の別のアプリケーションを含んでいる。特に、炭素捕獲系１１６は圧縮されたＣＯ2をＣＯ2の膨張のために独特の冷却系１６３に供給することにより、ＣＯ2を冷却して系２１０の冷却剤として作用させる。冷却されたＣＯ2は、部分酸化又は改質装置２１４、微粒子除去／冷却／シフト系１５６、ＣＯ2除去系２１６、プラント設備１９５又はこれらの任意の組合せを含めて、系２１０のあらゆる部品のための冷却剤として使用することができる。
【００４８】
部分酸化又は改質ステップ２１４は炭素質供給原料調製装置１５４からの炭素質燃料を受容する。一部の実施形態では、炭素質燃料としては、メタノール、天然ガス、プロパン、ガソリン、オートガス、ディーゼル燃料、エタノール、ナフサ、その他あらゆる炭素質物質を挙げることができる。部分酸化又は改質装置２１４はまた酸素及び／又は蒸気流２１８も受容する。一実施形態では、部分酸化又は改質ステップ２１４は部分酸化を行って、他のガスの中でも特に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2）を含むシンガス混合物を生成する。例えば、シンガス混合物はＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｓ、Ｎ2及びＣＯ2を含み得る。幾つかの実施形態では、部分酸化又は改質装置２１４は炭素質供給原料をオクタン価のより高い生成物及び水素に変換する。系２１２は次にシンガスを、上述したように精製するために微粒子除去／冷却／シフト系１５６に送る。
【００４９】
化学生産系２１２は次にシンガスを炭素捕獲系１１６に送る。特に、微粒子除去／冷却／シフト系１５６はシンガスをＣＯ2除去系２１６に移送し、ここでＣＯ2１８８が分離されてきれいなシンガス２２０が生成する。例えば、ＣＯ2除去系２１６は溶剤型の系、膜型の系又はその他ＣＯ2の除去に適したあらゆる種類の系であり得る。ＣＯ2除去系２１６はきれいなシンガス２２０を追加の処理装置、ガスタービン、ボイラー又は別のアプリケーションに移送する。また、ＣＯ2除去系２１６は分離されたＣＯ2１８８を炭素捕獲系１１６に移送する。例えば、ＣＯ2圧縮及び精製系１６４はＣＯ2を圧縮し精製した後、第１の部分をパイプライン１６６に、また第２の部分を冷却系１６３に送る。
【００５０】
例示した実施形態では、冷却系１６３は冷却されたＣＯ2をＣＯ2除去系２１６及びプラント設備１９５に供給する。例えば、冷却系１６３は第１の冷却ループ１８７及び第２の冷却ループ１８９を含んでいる。第１の冷却ループ１８７はＣＯ2除去系２１６及び膨張器１１７、並びにＣＯ2圧縮及び精製系１６４及び／又はパイプライン１６６に通してＣＯ2を循環させる。第２の冷却ループ１８９はＣＯ2をプラント設備１９５に通して循環させる。例示した実施形態では、第１の冷却ループ１８７は冷却されたＣＯ2の一部分をＣＯ2除去系１９２に通す前にプラント設備１９５に迂回させる。しかし、他の実施形態では、冷却されたＣＯ2は、冷却の必要性に応じて、プラント設備１９５を冷却するのに使用する前にＣＯ2除去系２１６を冷却するのに使用することができる。プラント設備１９５としては、各種のＩＧＣＣ部品、発電装置、エンジン、化学処理装置、熱交換器などを挙げることができる。
【００５１】
本発明の技術的効果としては冷却系と組み合わせた炭素捕獲系を挙げることができ、ここでは捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積で約８０〜１００％の純度のＣＯ2）を冷却系で冷却剤として使用する。この炭素捕獲系はあらゆる工業プラント、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントなどの一部であることができる。同様に、この冷却系を用いて、各種の工業プラント設備、ＩＧＣＣ装置などを冷却することができる。一部の実施形態では、制御装置又はプログラムされた装置（例えば、コンピューターシステム）は、炭素捕獲系及び／又は冷却系を制御して、捕獲された炭素含有ガスにより提供される冷却の量を変化させる指令を含み得る。例えば、この制御装置又はプログラムされた装置は、炭素を含むガスの体積膨張の速度及び／又は倍率を増大又は低下させることにより、炭素を含むガスの温度変化を増大又は低減することができる。また、この制御装置又はプログラムされた装置は、捕獲された炭素含有ガス（例えば、体積膨張により冷却された）が１以上の冷却回路を通る流速を制御することにより、捕獲された炭素含有ガスにより提供される冷却の量を制御することもできる。一部の実施形態では、制御装置又はプログラムされた装置は冷却系を制御して、捕獲された炭素含有ガスを１次冷却源又は２次冷却源として使用することができる。例えば、捕獲された炭素含有ガスを用いて現存する冷却系を補足することができ、炭素捕獲に基づく冷却系を組み込むことによってその現存冷却系を大幅に小型化することができる。
【００５２】
以上の説明では、最良の態様を含めて本発明を開示し、また当業者が本発明を実施し、例えばいずれかの装置又は系を作り使用し、参照した方法を実施することができるように、例を用いている。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲に規定されており、当業者には明らかな他の例を含み得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言通りの構造要素を有するか又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価な構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲内に入るものである。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 統合型複合サイクル系（ＩＧＣＣ系）
１０２ 燃料供給源
１０４ 供給原料調製装置
１０６ ガス化器
１０８ スラグ
１１０ ガス清浄器
１１１ イオウ
１１２ イオウ処理装置
１１３ 塩
１１４ 水処理装置
１１６ 炭素捕獲系
１１７ 二酸化炭素膨張器
１１８ ガスタービンエンジン
１２０ 燃焼器
１２２ 空気分離装置
１２３ 補助空気圧縮機
１２４ ＤＧＡＮ圧縮機
１２８ 冷却塔
１３０ タービン
１３１ 駆動軸
１３２ 圧縮機
１３４ 負荷
１３６ 蒸気タービンエンジン
１３８ ＨＲＳＧ系
１４０ 第２の負荷
１４２ 凝縮器
１５０ ガス化系又はプロセス
１５２ 空気分離装置
１５４ 炭素質供給原料調製装置
１５６ シフト系
１５８ ＡＧＲ系
１６０ きれいなシンガス
１６１ 二酸化炭素
１６２ 酸性ガス
１６３ 冷却系又は回路
１６４ 圧縮／精製系
１６６ パイプライン
１６８ 炭素捕獲系
１７０ 硫化水素吸収ステップ／装置
１７２ 二酸化炭素吸収ステップ／装置
１７４ 汚れたシンガス
１７６ 溶剤貯蔵タンク
１７８ 二酸化炭素回収ステップ／装置
１８０ 冷却系
１８２ 酸性ガス
１８４ きれいなシンガス
１８６ 清浄化された溶剤
１８７ 第１の二酸化炭素冷却ループ
１８８ 捕獲された二酸化炭素
１８９ 第２の冷却ループ
１９０ 燃焼型の系
１９１ ガス精製及び炭素捕獲系
１９２ イオウ及び／又は窒素除去系
１９４ ボイラー
１９５ プラント設備
１９６ 酸素
１９７ 水
１９８ 蒸気
２００ イオウ／窒素富化流
２１０ 炭素捕獲冷却系
２１２ 化学生産系
２１４ 部分酸化又は改質装置
２１６ 二酸化炭素除去系
２１８ 酸素及び／又は蒸気流
２２０ きれいなシンガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンガスから炭素を含むガス（１６１、１８８）を収集するように構成された炭素捕獲系（１１６）及び
冷却回路内の炭素を含むガス（１６１、１８８）を含む冷却系（１６３）
を含んでなる系。
【請求項２】
冷却系（１６３）が、炭素を含むガス（１６１、１８８）の圧力及び温度を低下させるように構成されたガス膨張器（１１７）を含む、請求項１記載の系。
【請求項３】
炭素捕獲系（１１６）が、炭素を含むガス（１６１、１８８）を圧縮するように構成されたガス圧縮機（１６４）を含む、請求項２記載の系。
【請求項４】
ガス膨張器（１１７）が断熱膨張器（１１７）からなる、請求項２記載の系。
【請求項５】
シンガスを清浄化するように構成されたガス清浄器（１１０）を含む、請求項１記載の系。
【請求項６】
ガス清浄器（１１０）が、酸性ガス除去（ＡＧＲ）装置（１５８）、イオウ除去装置（１９２）、窒素除去装置（１９２）、微粒子除去装置（１５６）、炭素含有ガス除去装置（１７２）又はこれらの組合せを含む、請求項５記載の系。
【請求項７】
ガス（１７４）から二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するように構成されたガス清浄器（１１０）、
ガス清浄器（１１０）からＣＯ2（１６１、１８８）を受容するように構成された炭素捕獲系（１１６）及び
ＣＯ2（１６１、１８８）の少なくとも一部分を膨張させて部品の冷却を提供するように構成されたＣＯ2膨張器（１１７）
を含んでなる系。
【請求項８】
ガス清浄器（１１０）が、水性ガスシフト反応器、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系（１５８）、イオウ除去系（１９２）、窒素除去系（１９２）又はこれらの組合せを含む、請求項７記載の系。
【請求項９】
炭素捕獲系（１１６）が、ＣＯ2圧縮機（１６４）、ＣＯ2パイプライン（１６６）、ＣＯ2貯蔵タンク又はこれらの組合せを含む、請求項７記載の系。
【請求項１０】
前記部品がガス清浄器（１１０）からなる、請求項７記載の系。
【請求項１】
シンガスから炭素を含むガス（１６１、１８８）を収集するように構成された炭素捕獲系（１１６）及び
冷却回路内の炭素を含むガス（１６１、１８８）を含む冷却系（１６３）
を含んでなる系。
【請求項２】
冷却系（１６３）が、炭素を含むガス（１６１、１８８）の圧力及び温度を低下させるように構成されたガス膨張器（１１７）を含む、請求項１記載の系。
【請求項３】
炭素捕獲系（１１６）が、炭素を含むガス（１６１、１８８）を圧縮するように構成されたガス圧縮機（１６４）を含む、請求項２記載の系。
【請求項４】
ガス膨張器（１１７）が断熱膨張器（１１７）からなる、請求項２記載の系。
【請求項５】
シンガスを清浄化するように構成されたガス清浄器（１１０）を含む、請求項１記載の系。
【請求項６】
ガス清浄器（１１０）が、酸性ガス除去（ＡＧＲ）装置（１５８）、イオウ除去装置（１９２）、窒素除去装置（１９２）、微粒子除去装置（１５６）、炭素含有ガス除去装置（１７２）又はこれらの組合せを含む、請求項５記載の系。
【請求項７】
ガス（１７４）から二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するように構成されたガス清浄器（１１０）、
ガス清浄器（１１０）からＣＯ2（１６１、１８８）を受容するように構成された炭素捕獲系（１１６）及び
ＣＯ2（１６１、１８８）の少なくとも一部分を膨張させて部品の冷却を提供するように構成されたＣＯ2膨張器（１１７）
を含んでなる系。
【請求項８】
ガス清浄器（１１０）が、水性ガスシフト反応器、酸性ガス除去（ＡＧＲ）系（１５８）、イオウ除去系（１９２）、窒素除去系（１９２）又はこれらの組合せを含む、請求項７記載の系。
【請求項９】
炭素捕獲系（１１６）が、ＣＯ2圧縮機（１６４）、ＣＯ2パイプライン（１６６）、ＣＯ2貯蔵タンク又はこれらの組合せを含む、請求項７記載の系。
【請求項１０】
前記部品がガス清浄器（１１０）からなる、請求項７記載の系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６８８９１（Ｐ２０１１−６８８９１Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６１９０（Ｐ２０１０−２０６１９０）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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