JP-2026515003-A - ガス化におけるアンモニア水の発生及び利用

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Abstract

炭素質フィード及び、好ましくは、バイオマスを利用するガス化プロセスが開示され、ガス化プロセスは、アルカリ度に加えて、全体のプロセス内の用途を含む、多数の用途における利用に好適な純度を有するアンモニア化水生成物を発生させるための１つ以上の戦略を実施することができる。例示的な用途は、サンプ及びインターフェースするスラグ水システムの中和を伴う。第１の洗浄装置接触段階のオーバーヘッド蒸気生成物から、このアンモニア化水生成物を凝縮により回収することは、この洗浄装置接触段階、任意選択で、例えば、変化する軸方向高さで投入される個々の水性洗浄装置フィードによって垂直方向に分離された、１つ、２つ、又はそれ以上の追加の洗浄装置接触段階を収容する洗浄装置容器を利用する、洗浄動作と組み合わせて実施され得る。【選択図】図１

Inventors

ヒューズ，テリー

Assignees

サンガスリニューアブルス，インク

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240425
Priority Date: 20230426

Claims (20)

炭素質フィードのガス化のためのプロセスであって、ガス化装置内で、ガス化条件下で、前記炭素質フィードを酸素含有ガス化装置フィードと接触させて、Ｈ２、ＣＯ、及び水溶性汚染物質を含む未洗浄のガス化装置廃液を提供すること、前記未洗浄のガス化装置廃液の少なくとも一部分を、洗浄装置フィードとして、洗浄動作に供給して、前記水溶性汚染物質の少なくとも一部分を除去し、洗浄されたガス化装置廃液を提供すること、少なくとも第１の洗浄装置接触段階に続いて、前記洗浄動作からアンモニア化水生成物を回収すること、を含む、プロセス。
前記少なくとも第１の洗浄装置接触段階が、前記第１の洗浄装置接触段階及び第２の洗浄装置接触段階の両方を含み、前記アンモニア化水生成物が、前記第２の洗浄装置接触段階への投入される第２の段階の水性洗浄装置フィードの一部分として回収される、請求項１に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物が、前記第１の洗浄装置接触段階の第１の段階のオーバーヘッド蒸気生成物を分離するための蒸気－液体分離器の液相として回収される、請求項１又は２に記載のプロセス。
前記少なくとも第１の洗浄装置接触段階が、１つ以上の理論的蒸気－液体平衡接触板を実施する、請求項１～３のいずれか一項に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物の少なくとも一部分が、前記第１の洗浄装置接触段階に投入される第１の段階の水性洗浄装置フィードに添加される、請求項１～４のいずれか一項に記載のプロセス。
前記第１の洗浄装置接触段階に投入される第１の段階の水性洗浄装置フィードを含む第１の段階の水性リサイクルループから、塩化物に富化された第１の段階のパージを引き出すことを更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物が、少なくとも約７．５のｐＨを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物の少なくとも一部分が、前記プロセスにおいて直接利用される、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物の前記少なくとも一部分が、中和に利用される、請求項８に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物の前記少なくとも一部分が、前記プロセスのサンプ、前記プロセスのスラグ水システム、及び／又は前記プロセスの冷却器に添加される、請求項８又は９に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物の少なくとも第１の部分が、放射型合成ガス冷却器（ＲＳＣ）サンプ、ＲＳＣスラグ水システム、対流型合成ガス冷却器（ＣＳＣ）サンプ、若しくはＣＳＣスラグ水システムに添加され、前記アンモニア化水生成物の少なくとも第２の部分が、急冷動作サンプ若しくは急冷動作スラグ水システムに添加され、及び／又は前記アンモニア化水生成物の少なくとも第３の部分が、急冷動作に添加される、請求項８～１０のいずれか一項に記載のプロセス。
前記洗浄されたガス化装置廃液の少なくとも一部分を水性ガスシフト（ＷＧＳ）動作に供給して、前記洗浄されたガス化装置廃液のＨ２：ＣＯモル比に対して、増加したＨ２：ＣＯモル比を有するＷＧＳ生成物を提供することを更に含む、請求項１～１１のいずれか一項に対する記載のプロセス。
炭素質フィードのガス化のためのプロセスであって、ガス化装置内で、ガス化条件下で、前記炭素質フィードを酸素含有ガス化装置フィードと接触させて、Ｈ２、ＣＯ、及び水溶性汚染物質を含む未洗浄のガス化装置廃液を提供すること、任意選択で、前記ガス化装置の下流の１つ以上の介在する動作に続いて、前記未洗浄のガス化装置廃液の少なくとも一部分を、洗浄装置フィードとして、洗浄動作に供給して、前記水溶性汚染物質の少なくとも一部分を除去し、かつ洗浄されたガス化装置廃液を提供すること、前記洗浄動作から、アンモニア化水生成物及び塩化物富化水性生成物を回収すること、を含む、プロセス。
前記アンモニア化水生成物が、前記炭素質フィード中に存在する窒素に由来するアンモニアを含む、請求項１３に記載のプロセス。
前記アンモニア化水生成物が、前記１つ以上の介在する動作に添加される、請求項１３又は１４に記載のプロセス。
前記１つ以上の介在する動作が、ろ過動作を含み、前記未洗浄のガス化装置廃液が、固体粒子を除去するために前記ろ過動作に供されている、ろ過されたガス化装置廃液である、請求項１３～１５のいずれか一項に記載のプロセス。
前記１つ以上の介在する動作が、前記ろ過動作を含み、かつ前記ろ過動作の下流の洗浄装置フィード冷却器を更に含み、前記未洗浄のガス化装置廃液が、固体粒子を除去するための前記ろ過動作、かつ前記洗浄装置フィード冷却器に供されている、ろ過されかつ冷却されたガス化装置廃液である、請求項１６に記載のプロセス。
前記ろ過されたガス化装置廃液が、前記ろ過動作に供されていることに加えて、前記ガス化装置の下流であり、かつ前記ろ過動作の上流である、１つ以上の更なる介在する動作に供されており、前記１つ以上の更なる介在する動作が、（ｉ）ガス化装置廃液タールの少なくとも一部分を除去するためのタール除去動作、（ｉｉ）急冷水との直接接触を含む急冷動作、及び（ｉｉｉ）ＲＳＣフィード水又はＣＳＣフィード水との熱交換接触を実施する、放射型合成ガス冷却器（ＲＳＣ）又は対流型合成ガス冷却器（ＣＳＣ）からなる群から選択される、請求項１６又は１７に記載のプロセス。
前記洗浄されたガス化装置廃液の少なくとも一部分を水性ガスシフト（ＷＧＳ）動作に供給して、前記洗浄されたガス化装置廃液のＨ２：ＣＯモル比に対して、増加したＨ２：ＣＯモル比を有するＷＧＳ生成物を提供することを更に含む、請求項１３～１８のいずれか一項に記載のプロセス。
前記ＷＧＳ生成物の少なくとも一部分を、（ｉ）再生可能な合成ガス変換生成物を提供するための合成ガス変換動作、又は（ｉｉ）再生可能な合成ガス分離生成物を提供するための合成ガス分離動作に供給することを更に含む、請求項１９に記載のプロセス。

Description

関連出願の相互参照本出願は、２０２３年４月２６日に出願された、米国仮特許出願第６３／４６１，９５１号に対する優先権の利益を主張し、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる本発明の態様は、ガス化プロセスに関し、より具体的には、例えば、ガス化装置廃液から水溶性汚染物質を除去するために使用される洗浄動作からのかかるプロセスにおけるアンモニア化水生成物の回収に関する。輸送用燃料及び他の価値付加された最終生成物に更に処理可能な、合成ガス（ｓｙｎｇａｓ）の生成において、石炭のガス化が、１００年間以上にわたって工業的に行われている。温室ガスの排出の低減を伴う、エネルギーの非依存を発展させるためのより最近の努力は、バイオマスをガス化フィード、それにより、合成ガスの代替的な潜在的供給源、並びに、その下流変換生成物として用いることへの強い関心につながっている。概して、バイオマスのガス化は、酸素と、蒸気などの他の可能な成分と、を含有する、好適な酸化ガスの存在下での、部分酸化により行われる。高温及び高圧での、任意選択で、触媒材料の存在下でのガス化によって、水素及び炭素の酸化物（ＣＯ、ＣＯ２）、並びに、メタンなどの炭化水素を含む廃液が生成される。この廃液は、そのＨ２及びＣＯ含有量の観点から合成ガスと称されることが多く、著しく冷却され、また、タール及びオイルと一般的に称されるガス化の副生成物に加えて、微粒子、アルカリ金属、ハライド、及び硫黄化合物を含む可能性がある多くの所望されない成分を除去するように処理されなければならない。更に、合成ガスから価値付加された生成物への下流変換は、多くの場合、ガス化のみから得られる場合に対して、水素含有量の増加を必要とする。ナフタレン及びピレンなどの縮合環分子を含むことができる、ガス化廃液中の所望されないタール成分は、沸点が高いこのような分子が蒸気相から、ガス化装置の下流で遭遇される低温表面上に凝縮する傾向に関して、重大な課題をもたらす。タール及びオイルが物理的に堆積することで、処理ライン、バルブ、反応器、及び他の機器の汚れ／目詰まりが引き起こされることが既知である。これらの理由のため、タールの熱破壊が、一般的に実施されるが、しかしこれは、約１３００℃の温度を必要とし、これはガス化装置の温度を大幅に上回り、タールを多く含む合成ガスストリーム又はガス化装置廃液中にも存在する灰の溶融及び／又はスラグ化を引き起こすに十分なものである。この溶融材料又はスラグ自体が、合成ガスを最終生成物にアップグレードするための機器内で遭遇されるような、より低い下流温度における堆積に起因して、潜在的な汚損及び閉塞の原因となる。これらの問題を軽減するために、十分に大きいサイズの放射型合成ガス冷却器（ＲＳＣ）を使用することが、この装置の底部における急冷チャンバを介してスラグを分離するための一つの可能な手段としてみなされる。合成ガスをその後の多くの反応に使用するためには、Ｈ２：ＣＯのモル比を増加させる必要があることに関して、発熱性の水性ガスシフト（ＷＧＳ）反応ガス：が広く活用されている。この反応の熱力学的性質により、低温において水素生成に向かう平衡の移動が促されるが、概して、反応速度論の観点からは好ましくない。触媒ＷＧＳ反応の準備としてガス化装置廃液又は合成ガスを精製するために実施される動作には、水溶性汚染物質を除去するための洗浄が含まれる。しかしながら、洗浄動作は、概して、結果として得られる洗浄されたガス化装置廃液の温度及び含水量の両方における低減を必要とし、それによって、この点に関して、そのＷＧＳ動作への適性を方向付けて低減させる。全体として、バイオマスガス化の経済性及び所望の最終生成物を得るための生成合成ガスの有効利用は、多くの複雑かつ相互に関連する処理目標、並びに関連する機器の要件によって影響を受ける。当該技術の現状は、価値付加された中間生成物、特に、プロセス内で利用して、当該プロセスをより財務的に魅力的にすることができるものの発生に関する、ガス化技術の改善から利益を受け得る。本発明の態様は、炭素質フィード、好ましくは、バイオマスを利用するガス化プロセスの発見と関連付けられ、これらのガス化プロセスは、アンモニア化水生成物、及び特に、そのプロセス内で利用するために、汚染物質（例えば、塩化物、固体粒子）のレベルが低減されたという観点で好適な特性を有するこのような生成物を回収するための１つ以上の戦略を実施することができる。アンモニア化水生成物は、少なくとも単一の洗浄段階に続き（例えば、第１の段階の洗浄装置における第１の段階の水系洗浄装置フィードとの接触に続き）、炭素質フィードのガス化によって生成された合成ガスから凝縮され得る。例えば、この生成物は、冷却された、第２の段階の洗浄装置におけるように、飽和温度で、又はその飽和温度を下回る合成ガスの温度で凝縮され得る。いくつかの実施形態では、この単一の洗浄段階、すなわち、第１の洗浄装置接触段階、又は第１の段階の洗浄装置が、洗浄装置フィード中に存在する塩化物を除去するために使用され得る。アンモニア化水生成物は、炭素質フィード（例えば、木材のようなバイオマス）中に存在する窒素に由来するアンモニアを含み得る。有利には、このようなアンモニア水生成物（例えば、少なくとも約７．５のｐＨを有する水性アンモニア又は水酸化アンモニウム溶液）は、中和及び／又は固体の取り扱い、特に、塩化物汚染が問題となり得る用途に関連するプロセス要件を満たすことができる塩基性溶液の供給源を提供することができる。このような用途は、冷却器サンプ及びスラグ水システムを含む。本発明の実施形態は、相対的に「クリーン」（すなわち、他の汚染物質が相対的に少ない）アンモニアを含むプロセス凝縮液を、この凝縮液が発生する場所の上流の動作にリサイクルし、それによって、補給水要件（例えば、プロセス外部のもの）を相殺することを可能にするガス化プロセス及び関連する構成を対象とする。したがって、アンモニア化され、かつリサイクルされた水性生成物は、放射型合成ガス冷却器（ＲＳＣ）又は対流型合成ガス冷却器（ＣＳＣ）、より具体的には、それらに関連するサンプ及び／又はスラグ水システムなどの、これらの上流の動作に対する、高コストで高品質の補給水要件を低減することができる。このリサイクルされた水性生成物中に存在するアンモニアは、酸性の塩化物（例えば、ＨＣｌ）及び／又は、このようなシステム中で同様に濃縮し得る他の酸性種を中和する／低減することにより、これらのシステムのｐＨ制御を促進することができる。この点に関して、ガス化プロセスにおいて使用されるスラグ水システム又は他のプロセス水システムは、（最終的に回収されるアンモニアの供給源となる窒素に加えて）塩化物がもともと炭素質フィード中に存在し、ガス化／タール除去の条件下でＨＣｌを形成し、かつこれらのシステムのプロセスライン及び機器中に蓄積する傾向に起因して、上昇した塩化物レベルで動作することができる。したがって、本発明の特定の態様は、これらのシステムにおいて、従来の方式で、高い耐食性レベルを達成するために必要とされてきた金属材料に関する要件（すなわち、アップグレードされた金属組成物の使用）を克服することに関する。例えば、高い塩化物（例えば、ＨＣｌ）レベルで動作するスラグ水システム又は他のプロセス水システムは、多くの場合、腐食／機器故障を回避し、及び／又は、高価な腐食抑制剤を注入する必要性を回避するために、二相ステンレス鋼又は他のステンレス鋼を必要とすることがある。他の特定の態様は、スラグ水システム及びＲＳＣサンプを含む、プロセスのサンプ及びいわゆる「ダーティ」水システムにおいて使用するための、高価で高品質の（例えば、無酸素の）補給水の必要性を軽減するか、又は排除することに関係する。このような補給水の典型的な供給源は、ボイラフィード水であり、補給用のバルブ操作を通してプロセスに追加されると、汚染される。汚染後、この以前は高品質であった水は、最終的に廃水を通して廃棄され、それによって、プロセスの延長された連続動作の期間にわたって、著しい費用をもたらす。このようなプロセスを維持するための高品質な補給水に対する需要は、年々、非常に高コストになる可能性がある。これらの考慮事項の観点から、本明細書おいて説明されるプロセスにより、プロセス流とシステムとの間の統合は、資本費用及び運転費用の両方を軽減する可能性を有する利用可能な生成物を、有利に利用することができる。１つのこのような生成物は、ガス化装置廃液から水溶性汚染物質を除去するために典型的に使用される、洗浄動作から回収され得るアンモニア化水生成物である。より具体的には、この生成物は、ガス化装置廃液を、例えば、この流れの中に存在する全て又は実質的に全ての塩化物を除去するために、少なくとも第１の洗浄装置接触段階に供することにより生じ得、任意選択で、アンモニアと比較してより容易に除去可能な他の水溶性汚染物質と併せて、この第１の洗浄装置接触段階における条件下で除去される。アンモニア化水生成物は、第１の洗浄装置接触段階の後に得られる「クリーン」合成ガスから、第２の洗浄装置接触段階若しくはより高い洗浄装置接触段階（例えば、第１の洗浄装置接触段階を実施するために使用される同一の容器内）において、又は第１の洗浄装置接触段階若しくはより高い洗浄装置接触段階の外部にある凝縮器内のいずれかにおいて、凝縮され得る。いずれの実施形態でも、（例えば、これを第１の段階の水性洗浄装置フィード又はこのフィードを含むリサイクルループに添加することによって）アンモニア化水の一部分を第１の洗浄装置接触段階に、又は第１の洗浄装置接触段階と第２の洗浄装置接触段階若しくはより高い洗浄装置接触段階との両方を実施する容器に戻すという選択肢が存在する。重要なことには、いずれの実施形態における選択肢はまた、アンモニア化水の少なくとも一部分を、（例えば、著しいレベルの酸性塩化物から生じる）酸性条件、例えば、ＲＳＣのサンプ又はスラグ水システムへの曝露を別様に伴うプロセス流及び／又はこれに関連する機器に添加するために存在する。第１の洗浄装置接触段階に対して、第２の洗浄装置接触段階又はより高い洗浄装置接触段階は、「冷却された」接触段階とみなされてもよく、この接触段階においては、接触がより低い温度で実施される。本明細書において説明されるプロセスの利点は、アンモニア化水を、廃水システムへの排出の代替として、効果的に利用する能力にある。この利用は、より高コストの金属材料アップグレードを防止するか、又は最小限に抑えるためになど、様々なシステムの利益に関する塩化物／ＨＣｌの中和及び／又はｐＨ制御を伴い得る。アンモニア化水生成物のリサイクルは、（例えば、ＲＳＣ又は他の合成ガス冷却器の）サンプ及びスラグ水システムにおいて必要とされる、（例えば、外部供給源からの）クリーンな補給水の量を相殺するか、又は低減することができる。この生成物はまた、冷却水として有利に機能し、圧力が大気圧に低減されたときの引火点など、これらのシステムを所与のしきい値温度を下回って維持することを支援することができる。本発明の特定の実施形態は、炭素質フィードのガス化のためのプロセスを対象とする。プロセスは、ガス化装置内で、ガス化条件下で、炭素質フィードを酸素含有ガス化装置フィードと接触させて、Ｈ２、ＣＯ、及び水溶性汚染物質を含む、未洗浄のガス化装置廃液を提供することを含む。いくつかの特定の実施形態は、未洗浄のガス化装置廃液の少なくとも一部分を、洗浄装置フィードとして、洗浄動作に供給して、水溶性汚染物質の少なくとも一部分を除去し、かつ洗浄されたガス化装置廃液を提供することを更に含み得る。これらの特定の実施形態はまた、少なくとも第１の洗浄装置