CN102186953A - 燃料气化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料气化设备，该设备能够将从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终分离的CO2气体有效用于向气化炉中供给固体燃料，从而能够稳定地向气化炉中供给固体燃料。该设备具备CO2气体分离循环装置，该装置从气化炉(2)中生成的气化气体中分离CO2气体，并将其导入向气化炉(2)供给固体燃料的供给系统中。

Description

燃料气化设备
技术领域
本发明涉及燃料气化设备。
背景技术
一直以来，人们使用石炭、生物质、废塑料或各种含水废弃物等固体燃料作为燃料，生成气化气体的燃料气化设备的开发正在进行。
图1和图2是显示现有的燃料气化设备的一个例子的图，该燃料气化设备具有具备以下各部分而形成的构成：气化炉2，其利用蒸气和空气或氧等流动用反应气体形成流态介质(硅砂、石灰石等)的流动层1，进行所投入的固体燃料(石炭、生物质等)的气化，生成气化气体和可燃性固体成分；燃烧炉5，该气化炉2中生成的可燃性固体成分与流态介质一同自导入管3导入，且通过流动用反应气体形成流动层4，进行上述可燃性固体成分的燃烧；热旋风分离器等介质分离装置8，从自该燃烧炉5经由排气管6导入的排气中分离流态介质，并将该分离的流态介质经由降液管7供给上述气化炉2；热旋风分离器等介质分离装置9，从上述气化炉2中生成的气化气体中分离流态介质；以及回收容器10，回收经该介质分离装置9分离的流态介质。
尚需说明的是，图1和图2中，11是分散板，用于将导入上述气化炉2的底部的蒸气和流动用反应气体均匀地吹入流动层1内；12是隔墙，其通过覆盖上述气化炉2内部的连接导入管3的部分使只有下方被开放，来防止流动层1内的流态介质直接流出到导入管3中；13是分散板，用于将导入上述燃烧炉5的底部的流动用反应气体均匀地吹入流动层4内；14是储备上述固体燃料的料斗；15是螺旋加料器，其切断并运出(切り出す)储备在料斗14中的固体燃料；16是燃料供给管，其导入由螺旋加料器15切断并运出的固体燃料、且连接在上述气化炉2侧面的较流动层1上面高的位置上。
如上所述，在燃料气化设备中，在气化炉2中利用蒸气和空气或氧等流动用反应气体形成流动层1，通过螺旋加料器15切断并运出储备在料斗14中的石炭、生物质等固体燃料后，自燃料供给管16投入到上述流动层1中时，该固体燃料发生部分氧化而被气化，生成气化气体和可燃性固体成分，上述气化炉2中生成的可燃性固体成分与流态介质一同从导入管3被导入到利用流动用反应气体形成流动层4的燃烧炉5中，进行该可燃性固体成分的燃烧，来自该燃烧炉5的排气经由排气管6导入到热旋风分离器等介质分离装置8中，在该介质分离装置8中，流态介质被从上述排气中分离出来，该被分离的流态介质经由降液管7返回到上述气化炉2中进行循环。
这里，在上述气化炉2的内部，在供给到气化炉2的底部的蒸气或从固体燃料自身蒸发的水分的存在下而保持高温，同时通过固体燃料的热分解而生成的气体或其残余物燃料与蒸气反应，从而发生水性气化反应C+H2O＝H2+CO或氢转换反应CO+H2O＝H2+CO2，生成H2或CO等可燃性气化气体。
上述气化炉2中生成的气化气体，在热旋风分离器等介质分离装置9中流态介质被分离，通过该介质分离装置9分离的流态介质被回收到回收容器10中。
尚需说明的是，作为具有与图1和图2所示的燃料气化设备类似的装置构成的设备，例如有专利文献1。
专利文献1：日本特开2006-207947号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述现有的燃料气化设备中，上述气化炉2中生成的气化气体中还包含CO2，关于该气化气体中所含的CO2，虽然从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终被分离出来，但目前的状况是，未必将其充分地有效利用。
本发明鉴于所述的实情，目的在于提供燃料气化设备，该燃料气化设备能够将从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终分离的CO2气体有效用于向气化炉中供给固体燃料，从而能够稳定地向气化炉中供给固体燃料。
解决课题的方法
本发明涉及燃料气化设备，其特征在于，具备：
气化炉，其利用流动用反应气体形成流态介质的流动层，以进行所投入的固体燃料的气化，生成气化气体和可燃性固体成分；以及
CO2气体分离循环装置，该装置从该气化炉中生成的气化气体中分离CO2气体，并将其导入向气化炉内供给固体燃料的供给系统中。
根据上述装置，可以得到以下的作用。
以上述方式构成时，从气化气体中分离的CO2气体被有效用于向气化炉内供给固体燃料，固体燃料被稳定地供给到气化炉中，同时气化炉内的气化反应之一：
C+CO2→2CO
得到促进，也使气化效率提高。
在上述燃料气化设备中，可以由设在FT合成器的前面的CO2分离器构成上述CO2气体分离循环装置，所述FT合成器进行将气化气体中的H2/CO比调整至约2的费-托合成反应。
在上述燃料气化设备中，还可以由设在氨合成器的前面的CO2分离器构成上述CO2气体分离循环装置，所述氨合成器将气化气体中的H2与N2混合来制造氨。
另一方面，在上述燃料气化设备中，将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗中，这对干燥固体燃料并通过CO2气体压送、稳定供给固体燃料有效。
并且，在上述燃料气化设备中，以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
可以在上述燃料供给管与气化炉连接的连接部附近连接流动用气体管，将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中。如此操作，与自燃料供给管向气化炉的流动层之上供给固体燃料的情形相比，可以不使该固体燃料的微粒飞溅而是与流态介质充分接触，确实完成固体燃料的热分解，可以使所得的气体热量即冷气效率(cold gas efficiency)提高，另一方面，还可以提高C转换率或H转换率，并且可以改质气化气体中的焦油。这里，假如以将燃料供给管连接在气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的形式的构成时，特别是在使用生物质作为固体燃料的情况下，由于与石炭相比该生物质的挥发成分容易大量气化，所以还考虑到在燃料供给管与气化炉的连接部，升温至数百℃以进行溶融化，若其固着，则燃料供给管堵塞，但以上述方式构成时，自与燃料供给管连接的流动用气体管供给CO2气体作为流动气体，固体燃料的流动得到促进，所以即使使用生物质作为固体燃料，溶融化的生物质不会固着在燃料供给管的连接部，也不用担心该燃料供给管堵塞。
发明效果
根据本发明的燃料气化设备，能够发挥以下的优异效果：能够将从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终分离的CO2气体有效用于向气化炉内供给固体燃料，从而能够稳定地向气化炉内供给固体燃料。
附图说明
图1是显示现有的燃料气化设备的一个例子的整体概要构成图。
图2是显示现有的燃料气化设备的一个例子中的气化炉的要部构成图。
图3是显示本发明的第一实施例的系统构成的方框图。
图4是显示本发明的第一实施例中的气化炉的具体例子的要部构成图。
图5是显示图4所示的气化炉的变形例的要部构成图。
图6是显示本发明的第一实施例中的气化炉的又一具体例子的要部构成图。
图7是显示本发明的第二实施例的系统构成的方框图。
符号说明
1：流动层
2：气化炉
3：导入管
5：燃烧炉
7：降液管
8：介质分离装置
10：回收容器
11：分散板
14：料斗(供给系统)
15：螺旋加料器
16：燃料供给管(供给系统)
22：CO2分离器(CO2气体分离循环装置)
23：FT合成器
24：流动用气体管
25：氨合成器
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施例。
图3和图4是本发明的第一实施例，图中，与图1和图2标有相同符号的部分表示同一物质，基本的构成也与图1和图2所示的现有构成相同，但本实施例的特征之处在于：如图3和图4所示，具备CO2气体分离循环装置，该装置从气化炉2中生成的气化气体中分离CO2气体，并将其导入向气化炉2供给固体燃料的供给系统中。
在本实施例的情形中，具备：
O2分离器17，将空气分离成O2和N2；
高温改质炉18，将通过上述O2分离器17分离的O2混合到在上述气化炉2中生成、且在介质分离装置9(图3中省略图示，参照图1)中流态介质被分离的气化气体中，进行焦油和低级烃的改质；
喷雾塔19，进行从通过该高温改质炉18改质的气化气体中脱尘以及除去微量成分；
脱硫塔20，从通过该喷雾塔19进行了脱尘以及除去微量成分的气化气体中除去硫黄；
精密除去器21，从通过该脱硫塔20除去了硫黄的气化气体中除去轻质焦油等微量成分；
CO2分离器22，从通过该精密除去器21除去了轻质焦油等微量成分的气化气体(H2、CO、CO2)中分离CO2；以及
FT合成器23，通过进行将在该CO2分离器22中CO2被分离的气化气体中的H2/CO比调整至约2的费-托合成反应，制造作为液体燃料的H2和CO；
由设在上述FT合成器23的前面的CO2分离器22构成上述CO2气体分离循环装置。
而且，以下述方式构成：通过作为上述CO2气体分离循环装置的CO2分离器22分离的CO2气体，如图4所示，被导入作为向气化炉2供给固体燃料的供给系统且储备固体燃料的料斗14中。
接下来，说明上述实施例的作用。
在图3所示的第一实施例的情形中，在气化炉2中生成、且在介质分离装置9(图3中省略图示、参照图1)中流态介质被分离的气化气体，在高温改质炉18中与在O2分离器17中分离的O2混合，进行焦油和低级烃的改质；在喷雾塔19中，从在上述高温改质炉18中改质的气化气体中进行脱尘以及微量成分的除去；在脱硫塔20中，从在上述喷雾塔19中进行了脱尘以及除去微量成分的气化气体中除去硫黄；在精密除去器21中，从在上述脱硫塔20中除去了硫黄的气化气体中除去轻质焦油等微量成分；在CO2分离器22中，从在上述精密除去器21中除去了轻质焦油等微量成分的气化气体(H2、CO、CO2)中分离出CO2；在FT合成器23中，通过进行将在上述CO2分离器22中CO2被分离的气化气体中的H2/CO比调整至约2的费-托合成反应，制造作为液体燃料的H2和CO，但是，在作为上述CO2气体分离循环装置的CO2分离器22中被分离的CO2气体，如图4所示，被导入储备固体燃料的料斗14中。
这样，若上述CO2气体被导入料斗14中，则可以在该料斗14内进行固体燃料的干燥，同时通过CO2气体压送固体燃料，可以稳定供给该固体燃料。
并且，通过自料斗14经过螺旋加料器15和燃料供给管16向气化炉2供给上述CO2气体，作为气化反应之一的C+CO2→2CO反应得到促进，也使气化效率提高。
因此，虽然还可以向料斗14内导入N2气或蒸气等，但假如向料斗14内导入N2气时，惰性气体混入气化炉2中，生成的气化气体的热量降低；另一方面，假如向料斗14中导入蒸气时，必需有多余的蒸气，因此系统整体的效率降低。但是，在本实施例中，由于循环利用从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终分离的CO2，所以完全不必担心以下情形：象使用N2气时那样，气化气体的热量降低；或者象使用蒸气时那样，系统整体的效率降低。
如此操作，能够将从成为产品的H2或CO等可燃性气体中最终分离的CO2气体有效用于向气化炉2中供给固体燃料，从而能够稳定地向气化炉2中供给固体燃料。
图5是显示气化炉2的变形例的要部构成图，图中，与图3和图4标有相同符号的部分表示同一物质，基本的构成与图3和图4所示的构成相同，但本实施例的特征之处在于以下所述的构成：如图5所示，以将燃料供给管16连接在气化炉2侧面的较流动层1上面低的位置、且自该燃料供给管16向流动层1内供给固体燃料的方式的构成。
如上所述，以将燃料供给管16连接在气化炉2侧面的较流动层1上面低的位置、且自该燃料供给管16向流动层1内供给固体燃料的方式构成时，与如图4所示的例子那样，自燃料供给管16向气化炉2的流动层1之上供给固体燃料的情形相比，可以不使该固体燃料的微粒飞溅而是与流态介质充分接触，确实完成固体燃料的热分解，可以使所得的气体热量即冷气效率提高，另一方面，还可以提高C转换率或H转换率，并且，可以改质气化气体中的焦油。
图6是显示本发明的第一实施例(参照图3)中的气化炉2的又一具体例子的要部构成图，图中，与图3和图5标有相同的符号的部分表示同一物质，基本的构成与图3和图5所示的构成相同，但本实施例的特征之处在于以下所述的构成：如图6所示，将流动用气体管24连接在作为向气化炉2中供给上述固体燃料的供给系统的燃料供给管16与气化炉2的连接部附近，且将在作为上述CO2气体分离循环装置的CO2分离器22中分离的CO2气体导入该流动用气体管24中，作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体，以代替将在作为上述CO2气体分离循环装置的CO2分离器22(参照图3)中分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗14中。
这里，如图5或图6所示的例子那样，以将燃料供给管16连接在气化炉2侧面的较流动层1上面低的位置、且自该燃料供给管16向流动层1内供给固体燃料的方式的构成时，特别是在使用生物质作为固体燃料的情况下，与石炭相比，该生物质的挥发成分容易大量气化，所以还考虑到在燃料供给管16与气化炉2的连接部，升温至数百℃进行溶融化，若其固着，则燃料供给管16阻塞，但在图6所示的例子的情形中，自与燃料供给管16连接的流动用气体管24供给CO2气体作为流动气体，固体燃料的流动得到促进，所以即使使用生物质作为固体燃料，溶融化的生物质不会固着在燃料供给管16的连接部，也不必担心该燃料供给管16阻塞。
尚需说明的是，在图6所示的例子中，与图5所示的例子一样，当然也可以将在作为CO2气体分离循环装置的CO2分离器22(参照图3)中分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗14中。
图7是本发明的第二实施例，图中，与图3标有相同符号的部分表示同一物质，基本的构成与图3所示的构成相同，但本实施例的特征之处在于：如图7所示，由设在氨合成器25的前面的CO2分离器22构成上述CO2气体分离循环装置，所述氨合成器25将气化气体中的H2与N2混合来制造氨。
在本实施例的情形中，设有H2分离器26，其从在上述CO2分离器22中CO2被分离的气化气体中分离H2，将在该H2分离器26中分离的H2导入上述氨合成器25中用于氨制造时的反应，通过上述H2分离器26分离出H2的CO返回到通过上述CO2分离器22分离出CO2的气化气体中。
即使在采用图7所示的系统构成的情况下，作为气化炉2的具体例子，与图3的情形一样，也可以采用图4、图5、图6中的任一种形式，可以得到与上述相同的作用效果。
尚需说明的是，本发明的燃料气化设备并不仅仅限于上述的实施例，在不脱离本发明要旨的范围内，当然可以加入各种变更。

Claims (12)

1.燃料气化设备，其特征在于，具备：
气化炉，其利用流动用反应气体形成流态介质的流动层，以进行所投入的固体燃料的气化，生成气化气体和可燃性固体成分；以及
CO2气体分离循环装置，该装置从该气化炉中生成的气化气体中分离CO2气体，并将其导入向气化炉内供给固体燃料的供给系统中。
2.权利要求1所述的燃料气化设备，其中，由设在FT合成器的前面的CO2分离器构成上述CO2气体分离循环装置，所述FT合成器进行将气化气体中的H2/CO比调整至约2的费-托合成反应。
3.权利要求1所述的燃料气化设备，其中，由设在氨合成器的前面的CO2分离器构成上述CO2气体分离循环装置，所述氨合成器将气化气体中的H2与N2混合来制造氨。
4.权利要求1所述的燃料气化设备，其以将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗中的方式构成。
5.权利要求2所述的燃料气化设备，其以将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗中的方式构成。
6.权利要求3所述的燃料气化设备，其以将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体导入储备固体燃料的料斗中的方式构成。
7.权利要求1所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
8.权利要求2所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
9.权利要求3所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
10.权利要求4所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
11.权利要求5所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
12.权利要求6所述的燃料气化设备，其以将燃料供给管连接在上述气化炉侧面的较流动层上面低的位置、且自该燃料供给管向流动层内供给固体燃料的方式构成，同时
以在上述燃料供给管与气化炉的连接部附近连接流动用气体管、且将通过上述CO2气体分离循环装置分离的CO2气体作为用于稳定地向流动层内供给固体燃料的流动气体导入到该流动用气体管中的方式构成。
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