DE112011104569T5

DE112011104569T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Reformieren von produziertem Gas

Info

Publication number: DE112011104569T5
Application number: DE112011104569T
Authority: DE
Inventors: Toru Ishii
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2031-11-26
Also published as: ZA201304279B; WO2012086363A1; AU2011346041B2; CN103249816A; AU2011346041A1; JPWO2012086363A1; US20130247464A1; CN103249816B; JP5594370B2; US9150798B2; DE112011104569B4

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Reformieren eines produzierten Gases, um Teer zu reformieren, der in dem produzierten Gas von einem Vergasungsofen enthalten ist. Gebrannter Kalk kommt mit einem produzierten Gas (3) von einem Vergasungsofen (2) in einem Reformer (1) in Kontakt, so dass der gebrannte Kalk Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, um Calciumcarbonat zu erzeugen, und eine Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Nutzung von Reaktionswärme, die während dieser Zeit abgegeben wird, durchgeführt wird. Des Weiteren wird, während das Calciumcarbonat des Reformers (1) einem Reformierungsmittel-Regenerator (8) zugeführt und verbrannt wird, der gebrannte Kalk regeneriert und erneut dem Reformer (1) zugeführt. Gemäß der oben stehenden Konfiguration ist es möglich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases bereitzustellen, die zur Vereinfachung der Gerätschaft und von deren Betrieb in der Lage sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases, die zur Reduzierung von Teer in der Lage sind, der durch Niedrigtemperatur-Vergasung durch Verwendung einer relativ kleinen Zusatzgerätschaft erzeugt wird.
Priorität wird auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2010-287618 , eingereicht am 24. Dezember 2010, beansprucht, deren Inhalt hierin durch den Bezug mit eingeschlossen ist.
Stand der Technik
Kohle und andere feste organische Brennstoffe werden vergast, um ein Brenngas mit hohem Heizwert zu erhalten, das als ein Brenngas oder eine Gasquelle verwendet wird. Die herkömmliche Vergasung von Kohle oder dergleichen wird bei einer hohen Temperatur von etwa 1273 K (1000°C) oder höher durchgeführt, und um die hohe Temperatur beizubehalten, wird die Verbrennung eines Teils des Brennstoffs, wie Kohle, durch Zuführen von Luft oder dergleichen benötigt, um einen Teil des Brennstoffs, wie Kohle oder dergleichen, zu verbrennen. Als eine Folge kann der Heizwert pro Volumeneinheit eines produzierten Gases durch Mischen eines Abgases infolge der Verbrennung damit verringert werden.
Gleichzeitig wird, da die Brennstoffumwandlungseffizienz vom Brennstoff zu dem produzierten Gas verringert wird, der notwendige Brennstoff pro Heizwert des vergasten Gases erhöht und die erforderlichen Betriebskosten für die Vergasung nehmen zu. Des Weiteren werden in jüngster Zeit, während die Vergasung unter Nutzung von Sauerstoff von hoher Reinheit an Stelle von Luft durchgefürt wurde, um den Heizwert produzierten Gases maximal zu erhöhen, in diesem Verfahren, da Gerätschaft für die Herstellung von Sauerstoffs benötigt wird, die Gerätschaftskosten und die Betriebskosten weiter erhöht.
Die Entwicklung einer Technik zum Durchführen der Vergasung bei einer niedrigen Temperatur wird als ein Verfahren zum Lösen dieser Probleme bewerkstelligt. Wenn die Vergasung bei der niedrigen Temperatur durchgeführt wird, kann der Verbrauch von Luft oder Sauerstoff reduziert werden und es sind eine Zunahme des Heizwertes des produzierten Gases und eine entsprechende Zunahme der Brennstoff-Umwandlungseffizienz zu erwarten.
Wenn jedoch die Vergasung bei der niedrigen Temperatur durchgeführt wird, wird eine grosse Menge an Teer in dem produzierten Gas erzeugt und die Umwandlungseffizienz des Brennstoffs zu dem produzierten Gas wird durch den Teergehalt verringert. Des Weiteren sollte, wenn das produzierte Gas als Rohmaterial für die Chemosynthese genutzt wird, der Teer entfernt werden.
Ein Verfahren zum Reinigen des produzierten Gases mit Wasser und anderen Lösungsmitteln wird im verwandten Fachbereich als ein Verfahren zum Entfernen des Teers in dem produzierten Gas eingesetzt.
Allerdings wird in dem Verfahren zum Reinigen von Gas mit einem Lösungsmittel, wie Wasser, eine grosse Menge an Dränageflüssigkeit oder flüssigem Abfall erzeugt, und die Dränageflüssigkeit oder der flüssige Abfall sollten prozessiert werden. Des Weiteren besitzt der Teer zwar einen Heizwert und kann als Brennstoff genutzt werden, doch es ist schwierig, den Teer aud dem gereinigten flüssigen Abfall zurückzugewinnen, und demzufolge wird der Nutzungsgrad des Brennstoffs durch den Gehalt des Teers verringert.
Um die Probleme zu lösen, wird das Reformieren des produzierten Gases nach der Niedrigtemperatur-Vergasung bei einer höheren Temperatur und der weitere Abbau des Teers zu CO, H₂ oder dergleichen für deren Nutzung in Betracht gezogen (siehe das Patentdokument 1 oder dergleichen).
Des Weiteren wird eine Vergasungsvorrichtung offenbart, in der, während eine Chemikalie, wie Kalkstein (CaCO₃), in einen Verbrennungsofen zugeführt wird, der mit einem Bettmaterial befüllt ist, und ein Oxidationsmittel (Luft) zugeführt wird zum Verbrennen von Teer, der von einem Vergasungsofen zugeführt wird, das Erhitzen des Bettmaterials und Verbrennen (Aktivieren) der Chemikalie durchgeführt, und während das Bettmaterial und die aktive Chemikalie mit der hohen Temperatur in einen Gasreinigungsofen zugeführt werden, wird der Teer des produzierten Gases, das in den Gasreinigungsofen von dem Vergasungsofen eingeführt wird, durch eine katalytische Wirkung der aktiven Chemikalie reformiert (siehe Patentdokument 2 oder dergleichen).
Literaturstellenliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2009-215387
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2007-16061

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Allerdings wird, wie im Patentdokument 1 beschrieben, da die Reformierungsreaktion bei einer hohen Temperatur durchgeführt werden sollte (einer Temperatur von höher als 1273 K = 1000°C), ein Teil des Brennstoffs immer noch für den Erhalt der notwendigen Wärme verbrannt. Während die Niedrigtemperatur-Vergasung durchgeführt wird, um ein Gas mit hohem Heizwert zu produzieren, das für ein chemisches Rohmaterial oder dergleichen in vielen Fällen genutzt werden kann, wie oben beschrieben, wird der Heizwert des produzierten Gases verringert, wenn die Reformierungstemperatur durch Verbrennen eines Teils des Brennstoffs beibehalten wird. Des Weiteren, wenn Luft als ein Gas für die Verbrennung eines Teils des Brennstoffs verwendet wird, wird das produzierte Gas durch in der Luft enthaltenen Stickstoff verdünnt, um den Heizwert spürbar zu reduzieren. Inzwischen werden, wenn die Abnahme des Brennwerts durch Verbrennung unter Verwendung des reinen Sauerstoffs unterdrückt wird, eine Sauerstoffherstellungsvorrichtung und Energie für den Betrieb der Vorrichtung benötigt.
Des Weiteren werden, wenn ein Reformer konfiguriert ist, um bei einer hohen Temperatur von mehr als 1273 K (1000°C) verwendet zu werden, die Erwägung eines Materials und einer Struktur des Reformers und die Schmelzung/Anhaftung des Aschegehalts infolge des produzierten Gases benötigt, und es können Probleme hinsichtlich der Sicherheit oder Kosten auftreten.
Weiterhin wird im Patentdokument 2, da der Teer in dem Verbrennungsofen zur Durchführung der Erwärmung des Bettmaterials und des Verbrennens (der Aktivierung) der Chemikalie verbrannt wird, und das Bettmaterial und die Chemikalie mit der hohen Temperatur in dem Gasreinigungsofen zirkuliert werden, um die Temperatur in dem Gasreinigungsofen auf eine Temperatur, die für die Gasreinigung benötigt wird, von 1073 K (800°C) oder höher zu regulieren, die Reformierung des Teers des vergasten Gases von dem Vergasungsofen durchgeführt, und die Vergasung wird durch Zirkulieren in dem Vergasungsofen des Bettmaterials und der Chemikalie mit einer Temperatur, die in dem Gasreinigungsofen verringert ist, durchgeführt. Aus diesem Grund wird die Gerätschaft gross und die ihre Handhabung wird relativ komplex.
Des Weiteren ist als ein weiteres Problem des Patentdokuments 2, da der Katalysator für die Reformierung mit der grossen Menge an Fluidisierungsmedium zur Übertragung der Wärme und des in der Kohle enthaltenen Aschegehalts zirkuliert wird, die Konzentration von Katalysatorteilchen in dem Wirbelbett, gebildet im Gasreinigungsofen, ebenfalls selbstbeschränkend. Demzufolge ist die Kontaktzeit von Molekülen des Teers mit den Katalysatorteilchen begrenzt, und die Abbaueffizienz des Teers sollte beschränkt sein. Inzwischen ist zur Erhöhung der Kontaktzeit, wenn die Wirbelbettkapazität in dem Gasreinigungsofen erhöht wird, nicht nur der Gasreinigungsofen selbst vergrößert, sondern auch die Struktur zum Tragen des Gewichts des erhöhten Fluidisierungsmediums hat an Größe zugenommen.
Des Weiteren können im Patentdokument 2, da der Katalysator für die Reformierung und der in der Kohle enthaltene Aschegehalt vermischt werden, ein alkalischer Bestandteil (hauptsächlich Calcium), das ein Hauptbestandteil des Katalysators ist, und ein saurer Bestandteil (Silica oder Aluminiumoxid) in der Kohleasche umgesetzt werden zur Verringerung der katalytischen Wirkung.
In Anbetracht der Probleme im verwandten Fachbereich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases bereit, die zur Reduzierung von Teer, der durch Niedrigtemperatur-Vergasung erzeugt wird, durch den Einsatz einer relativen kleinen Zusatzgerätschaft fähig sind.
Problemlösung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reformieren eines produzierten Gases, das darauf ausgelegt ist, in dem produzierten Gas enthaltenen Teer von einem Vergasungsofen zu reformieren. In dem Verfahren wird Calciumcarbonat in einem Reformer durch Inkontaktbringen des produzierten Gases aus dem Vergasungsofen mit gebranntem Kalk erzeugt, so dass der gebrannte Kalk Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, und es wird eine Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Nutzung von Wärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat erzeugt wird, durchgeführt. Weiterhin werden das Calciumcarbonat in der Reformierungsvorrichtung, Zusatzbrennstoff und Luft in einen Reformierungsmittel-Regenerator zur Bildung eines Wirbelbetts zugeführt, das Calciumcarbonat wird unter Nutzung von Wärme durch Verbrennung des Zusatzbrennstoffs verbrannt, um das Calciumcarbonat zu dem gebrannten Kalk zurückzuführen, und der gebrannte Kalk wird dem Reformer zugeführt.
In dem Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases kann in dem Reformer die Reformierungsreaktion des Teers unter Nutzung von, zusätzlich zu der Wärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat aus dem gebrannten Kalk erzeugt wird, Wärme, die erzeugt wird, wenn das Kohlendioxid durch die Reaktion zwischen Kohenmonoxid und Feuchtigkeit in dem produzierten Gas erzeugt wird, durchgeführt werden.
Des Weiteren kann in dem Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases Dampf mit dem gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator für den Erhalt von Löschkalk mit hoher Kapazität verbrannt wird, umgesetzt werden, und der gebrannte Kalk kann durch Erwärmen und Entwässern des Löschkalks erhalten werden und dem Reformer zugeführt werden.
Des Weiteren kann in dem Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases Dampf mit einem Teil des gebrannten Kalks, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator für den Erhalt des Löschkalks mit hoher Aktivität verbrannt wird, umgesetzt werden, und der Löschkalk kann dem Reformer zusammen mit dem gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wird, zugeführt werden.
Darüber hinaus kann in dem Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases Sauerstoff an Stelle von Luft dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt werden, ein Gas, das eine hohe Konzentration Kohlendioxid enthält, kann in dem Reformierungsmittel-Regenerator durch Verbrennen des Calciumcarbonats mit dem Sauerstoff erzeugt werden, und das Kohlendioxid kann aus dem erzeugten Gas rückgewonnen werden.
In diesem Fall kann ein Teil eines regenerierten Abgases von dem Reformierungsmittel-Regenerator mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, vermischt werden. Des Weiteren kann ein Teil des regenerierten Abgases von dem Reformierungsmittel-Regenerator und Dampf mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, vermischt werden. Im Fall des Letzteren kann das regenerierte Abgas vom Reformierungsmittel-Regenerator auf die Kondensationstemperatur des Dampfes oder niedriger abgekühlt werden.
Zusätzlich kann in dem Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases der Reformer das produzierte Gas von einem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ, der bei Normaldruck betrieben wird, einleiten und reformieren.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases, die konfiguriert ist, um Teer, der in dem produzierten Gas von einem Vergasungsofen enthalten ist, zu reformieren. Die Vorrichtung schließt Folgendes ein: einen Reformer, der konfiguriert ist, um Calciumcarbonat durch Einleiten des produzierten Gases von dem Vergasungsofen in den Reformer und Inkontaktbringen des produzierten Gases mit gebranntem Kalk zu erzeugen, so dass der gebrannte Kalk Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, und um eine Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Nutzung von Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat erzeugt wird; durchzuführen; und einen Reformierungsmittel-Regenerator, der konfiguriert ist, um das Calciumcarbonat in dem Reformer, Zusatzbrennstoff und Luft zur Bildung eines Wirbelbetts einzuleiten, das Calciumcarbonat zu dem gebrannten Kalk durch Verbrennen des Calciumcarbonats unter Nutzung von Wärme durch Verbrennung des Zusatzbrennstoffes zurückzuführen und den gebrannten Kalk wieder dem Reformer zuzuführen.
Die Vorrichtung zum Reformieren the produzierten Gases kann eine Reformierungsmittel Aktivierungsvorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um den gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wird, einzuleiten, Löschkalk mit hoher Aktivität durch Reaktion von Dampf mit dem gebrannten Kalk zu erhalten und kontinuierlich den gebrannten Kalk, der durch Erwärmen und Dehydratisieren des Löschkalks erhalten wird, zu erhalten und den gebrannten Kalk dem Reformer zuzuführen.
Des Weiteren kann die Vorrichtung zum Reformieren the produzierten Gases eine Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Dampf mit einem Teil des gebrannten Kalks, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wird für den Erhalt des Löschkalks mit hoher Aktivität, reagieren zu lassen und den Löschkalk dem Reformer zusammen mit dem gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wird, zuzuführen.
Außerdem kann die Vorrichtung zum Reformieren the produzierten Gases eine Sauerstoff-Zuführvorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Sauerstoff an Stelle von Luft dem Reformierungsmittel-Regenerator zuzuführen, Zusatzbrennstoff kann mit dem Sauerstoff verbrannt werden, und das Kohlendioxid kann von einem produzierten Gas, das eine hohe Konzentration Kohlendioxid enthält, das durch Verbrennen von Calciumcarbonat unter Nutzung von Wärme durch Verbrennung mit dem Zusatzbrennstoff erhalten wird, rückgewonnen werden.
In diesem Fall kann ein Teil eines regenerierten Abgases von dem Reformierungsmittel-Regenerator mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, vermischt werden. Des Weiteren kann ein Teil des regenerierten Abgases und der Dampf von dem Reformierungsmittel-Regenerator mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, vermischt werden. Im Fall des Letzteren kann das regenerierte Abgas von dem Reformierungsmittel-Regenerator auf die Kondensationstemperatur des Dampfes oder niedriger abgekühlt werden.
Des Weiteren kann in der Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases der Reformer mit einem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ, der bei Normaldruck betrieben wird, verbunden sein.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases kann, da die Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Nutzung von Wärme, die erzeugt wird, wenn der gebrannte Kalk das Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, um Calciumcarbonat in dem Reformer zu erzeugen, die Reformierung des produzierten Gases bei einer niedrigeren Temperatur als in der herkömmlichen Reformierungsvorrichtung durchgeführt werden. Dem entsprechend kann eine Verringerung des Heizwerts des produzierten Gases durch Reduzieren der Zufuhr des Sauerstoffs oder dergleichen zur Erhöhung der Temperatur oder durch Unterdrücken des Verbrauchs des produzierten Gases ohne Zufuhr des Sauerstoffs oder dergleichen unterdrückt werden.
Zusätzlich kann die Verringerung des Heizwerts des produzierten Gases auch durch Abbauen des Teers zu einem Gas, das CO und H₂ als Hauptbestandteile enthält, unterdrückt werden.
Des Weiteren wird der gebrannte Kalk durch Zuführen des Calciumcarbonats in den Reformer in den Reformierungsmittel-Regenerator und Verbrennen des Calciumcarbonats regeneriert, und der regenerierte gebrannte Kalk wird wieder dem Reformer zugeführt, um die Reformierung des Teers durchzuführen. Dem entsprechend kann der kontinuierliche Reformierungsbetrieb in beständiger Weise durchgeführt werden.
Außerdem wird, während der gebrannte Kalk, der durch Wiederholen des Verbrennens in dem Reformierungsmittel-Regenerator erhalten wird, eine verdichtete kristalline Struktur und eine verringerte Aktivität besitzt, der Dampf mit dem gebrannten Kalk umgesetzt, um die dichte Struktur zu lockern, um den gebrannten Kalk zu dem Löschkalk mit zurückgewonnener Aktivität zurückzuführen, und der Löschkalk wird dem Reformer zugeführt. Demzufolge kann eine stabile Reformierung durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases der vorliegenden Erfindung zeigt; und
die 2 ist ein Blockdiagramm, wenn ein Verfahren im Chargenbetrieb zum Einsatz kommt, in dem Fall, in dem ein Reformierungsmittel nach der Reproduktion aktivierungsprozessiert wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird ein Beispiel, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, beschrieben.
Die 1 ist Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Reformer. Ein produziertes Gas 3, das in einem Vergasungsofen 2 erzeugt wird, wird in dem Reformer 1 eingeleitet, und der Reformer 1 reformiert Teer, der in dem produzierten Gas 3 enthalten ist. Da H₂, CO, CO₂, H₂O, Teer (H, C) und so weiter in dem produzierten Gas von dem Vergasungsofen 2 vermischt werden, wenn die Vergasung bei einer niedrigen Temperatur in dem Vergasungsofen 2 durchgeführt wird, wird die Menge an Teer, die in dem produzierten Gas 3 enthalten ist, erhöht.
Gebrannter Kalk (CaO) wird dem Reformer 1 als ein Reformierungsmittel (Katalysator) zur Unterstützung der Reformierung des Teers zugeführt. Des Weiteren wird, während das produzierte Gas 3 von einem Vergasungsofen 2 von der Unterseite des Reformers 1 eingeleitet wird, ein Wirbelbett gebildet, um den gebrannten Kalk mit dem produzierten Gas 3 in Kontakt zu bringen. Demzufolge absorbiert der gebrannte Kalk Kohlendioxid (CO₂) in dem produzierten Gas, um Calciumcarbonat (CaCO₃) zu erzeugen (exotherme Reaktion), und eine Temperatur von 873 bis 1073 K (600 bis 800°C) wird durch Wärmereaktion zu diesem Zeitpunkt aufrechterhalten zur Durchführung einer Reformierungsreaktion des Teers unter Verwendung von Calcium in dem gebrannten Kalk als Katalysator. Wenn ein Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ 20 als Vergasungsofen 2 zum Einsatz kommt, kann in dem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ 20 die Vergasung bei einem normalen Druck durchgefürt werden, und die Temperatur des produzierten Gases 3, das von dem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ 20 stammt, beträgt etwa 973 ± 50 K. Während ein Peakwert des produzierten Gases der Vergasung vom 2-Türme-Typ 1023 K (973 K + 50 K = 1023 K) beträgt und eine Obergrenze der Temperatur in dem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ 20 1073 K beträgt, da +50 K innerhalb eines Bereichs liegt, der ausreichend in der Reaktion, in der der gebrannte Kalk das Kohlendioxid absorbiert, erhalten werden kann, ist es möglich, die Reformierung angemessen durchzuführen.
Da weiterhin die Reaktionswärme erzeugt wird, selbst wenn Kohenmonoxid (CO) und Dampf (H₂O) in dem produzierten Gas 3 umgesetzt werden unter Erzeugung von Kohlendioxid (CO₂), kann diese Reaktionswärme auch für die Reformierungsreaktion des Teers genutzt werden. Hier kann, wenn die Feuchtigkeit in dem produzierten Gas 3 unzureichend ist, Dampf 5 von einer Dampfquelle 4 dem produzierten Gas 3 hinzugefügt werden.
Nachdem Staub oder dergleichen durch einen Staubfänger 6 bewegt wurde, wird das produzierte Gas 3, in dem der Teer durch den Reformer 1 modifiziert wird, als ein Produktgas 7 extrahiert.
Da der gebrannte Kalk zu Calciumcarbonat durch den Reformierungsprozess im Reformer 1 verändert werden kann und ein Teil des Kohlenstoffgehalts im Teer an der Oberfläche des Reformierungsmittels als fester Kohlenstoff durch den Abbau des Teers anhaften kann, ist eine Regeneration des Reformierungsmittels erforderlich, um eine kontinuierliche Reformierung des produzierten Gases 3 durchzuführen. Aus diesem Grund wird ein Reformierungsmittel-Regenerator 8 bereitgestellt, der konfiguriert ist, um eine Regeneration durchzuführen, in welcher Calciumcarbonat zu dem gebrannten Kalk durch Einführen des Calciumcarbonats von dem Reformer 1 in den Reformierungsmittel-Regenerator 8 und Verbrennen des Calciumcarbonats zurückgeführt wird, und um den regenerierten gebrannten Kalk dem Reformer 1 wieder zuzuführen.
Calciumcarbonat von dem Reformer 1 wird in den Reformierungsmittel-Regenerator 8 eingeleitet. Zusätzlich dazu wird, während Luft 12 von einer Luftzufuhrvorrichtung 11 vom unteren Teil des Reformierungsmittel-Regenerators 8 zur Bildung des Wirbelbetts eingeleitet wird, und ein Zusatzbrennstoff 14 von einer Zusatzbrennstoff-Zuführvorrichtung 13 in den Reformierungsmittel-Regenerator 8 zugeführt wird zur Beibehaltung einer Temperatur im Reformierungsmittel-Regenerator 8 von 1173 ± 50 K, Calciumcarbonat verbrannt, um als gebrannter Kalk regeneriert zu werden. Danach wird der regenerierte gebrannte Kalk dem Reformer 1 zurückgeführt. Hier kann, da das Wirbelbett in dem Reformer 1 und dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 gebildet wird, die Abgabe des Calciumcarbonats und des gebrannten Kalk zwischen dem Reformer 1 und dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 unter Einsatz eines Überfluss-Typs reibungslos durchgeführt werden.
Wenn die Regeneration durch Zuführen von Luft 12 in den Reformierungsmittel-Regenerator 8 und Verbrennen des Zusatzbrennstoffs 14 durchgeführt wird, wird Kohlendioxid (CO₂), das durch das Verbrennen des Calciumcarbonats abgeführt wird durch Stickstoff in der Luft verdünnt und als ein regeneriertes Abgas, welches das Kohlendioxid (CO₂) von geringer Konzentration enthält, extrahiert. Allerdings kann in jüngster Zeit unter Berücksichtigung der Reduzierung bei der Abführung von Kohlendioxid, für das die Notwendigkeit zunimmt, die Regeneration des Reformierungsmittels unter Anwendung einer Sauerstoff-Verbrennungstechnik durchgeführt werden.
Das bedeutet, ein Reaktionsweg bzw. Weg (pathway), der konfiguriert ist, um den Sauerstoff 10 von einer Sauerstoff-Herstellungsvorrichtung 9 zuzuführen, wird gebildet, ein Zirkulationsweg für regeneriertes Abgas 18, der konfiguriert ist, um einen Teil eines regenerierten Abgases des Reformierungsmittel-Regenerators 8 durch ein Gebläse 17 zu extrahieren, wird hinzugefügt, und der Zusatzbrennstoff 14 wird durch ein Gas verbrannt, in dem die Sauerstoffkonzentration durch den Sauerstoff 10 von der Sauerstoff-Herstellungsvorrichtung 9 und das regenerierte Abgas von dem Zirkulationsweg für regeneriertes Abgas 18 eingestellt wird, wodurch die Regeneration des Calciumcarbonats durchgeführt wird. Das Ergebnis ist, da das regenerierte Abgas, das durch das Verbrennen des Calciumcarbonats abgeführt wird, Kohlendioxid von hoher Konzentration enthält, dass das Kohlendioxid leicht durch eine Kohlendioxid-Rückgewnnungsvorrichtung 19 rückgewonnen werden kann.
Wenn allerdings die Regeneration des Reformierungsmittels durch Anwenden der Sauerstoff-Verbrennungstechnik durchgeführt wird, erfolgt die Regeneration des Reformierungsmittels unter einer Kohlendioxidatmosphäre von hoher Konzentration. Es wurde bestätigt, dass die Regenerationsreaktion des Reformierungsmittels, insbesondere die Reaktion des Verbrennens und Regenerierens des Calciumcarbonats zu dem gebrannten Kalk, durch das Kohlendioxid in dem atmosphärischen Gas verhindert wird, und insbesondere bei der Kohlendioxidkonzentration von etwa 100% die Regeneration infolge einer starken hemmenden Wirkung nicht voranschreiten kann, wenn die Verbrennungstemperatur nicht weiter ansteigt. Es ist bekannt, dass der Anstieg der Verbrennungstemperatur in puncto Enerige unvorteilhaft ist, wie oben beschrieben, die Kompaktheit des Kristalls des Kalk des durch das Verbrennen erzeugten gebrannten Kalks erhöht wird und die Kohlendioxid-Absorptionsleistung spürbar herabgesetzt wird.
Um das Problem der Reformierungsmittel-Regeneration unter der hochkonzentrierten Kohlendioxid-Atmosphäre zu lösen, ist die Unterdrückung der Kohlendioxidkonzentration auf ein bestimmtes Level oder darunter wirksam, doch wenn die Kohlendioxidkonzentration auf ein niedriges Level unterdrückt wird, wird die Rückgewnning des Kohlendioxids schwierig. Als ein Verfahren zum Verringern der Kohlendioxidkonzentration in dem Reformierungsmittel-Regenerator und zum Bewerkstelligen der Kohlendioxid-Rückgewinnung ist eine Verdünnung durch Dampf wirksam. In dem Beispiel von 1, wird zusätzlich zu dem Sauerstoff 10, der von der Sauerstoff-Herstellungsvorrichtung 9 zugeführt wird und von dem Abgas-Zirkulationsweg 18 des regenerierten Abgases rezirkuliert und regeneriert wird, der Dampf 5, der von der Dampfquelle 4 zugeführt wird, damit vermischt und dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 zugeführt. Hier kann, da die Kohlendioxidkonzentration in dem Gas, das dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 zugeführt wird, durch Regulieren der Menge des Dampfes 5 reguliert wird, die Regeneration des Reformierungsmittels bei einer Temperatur von 1173 ± 50 K bewerkstelligt werden.
Währenddessen wird, während die Kohlendioxidkonzentration des regenerierten Abgases durch die Zufuhr des Dampfes 5 verringert wird, da die Hauptbestandteile des regenerierten Abgases das Kohlendioxid und der Dampf sind, der Dampf durch blosses Kühlen des regenerierten Abgases auf eine Kondensationstemperatur des Dampfes oder darunter entfernt. Als eine Folge kann die Konzentration des Kohlendioxids auf ein hohes Niveau erhöht werden, und es ist dadurch möglich, dafür zu sorgen, dass das Gas eine Zusammensetzung hat, in der das Kohlendioxid leicht rückgewonnen werden kann. Eine beträchtliche Menge an Kohlendioxid, die in dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 erzeugt wird, kann verzweigt und in die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 19 zugeführt werden, und der größte Teil des regenerierten Abgases wird in den Reformierungsmittel-Regenerator 8 rezirkuliert. Hier kann, da der größte Teil des Dampfes 5, der in einen Einlass des Reformierungsmittel-Regenerator 8 zusammen mit dem regenerierten Abgas rezirkuliert wird, die Menge an Dampf, die in den Einlass des Reformierungsmittel-Regenerators 8 eingespeist wird, so eingestellt werden, dass die Summe der Menge an Dampf, der in den Einlass des Reformierungsmittel-Regenerators 8 eingespeist wird, und der Menge an Dampf, die in dem rezirkulierten Abgas enthalten ist, der Menge genügt, die für die Regulierung der Kohlendioxidkonzentration benötigt wird.
Eine kristalline Struktur des gebrannten Kalks, die durch Wiederholen des Verbrennens in dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 erhalten wird, wird verdichtet, um ihre Aktivität zu verringern. Aus diesem Grund wird eine Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 bereitgestellt, die konfiguriert ist, um den gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator 8 verbrannt wird, einzuleiten und den Dampf 5 von der Dampfquelle 4 zuzuführen. In diesem Fall wird in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 der Dampf 5 mit dem verdichteten gebrannten Kalk umgesetzt, um den gebrannten Kalk zu Löschkalk (Ca(OH)₂) zu verwandeln, in dem die kristalline Struktur des gebrannten Kalks gelockert ist und die Aktivität erhöht ist, und der Löschkalk wird dem Reformer 1 zugeführt. In der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 kann die Aktivierung kontinuierlich durch Extrahieren eines Teils des gebrannten Kalks, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator 8 verbrannt wird, durchgeführt werden, und der Löschkalk kann dem Reformer 1 zugeführt werden. Hier werden der gebrannte Kalk, der direkt vom Reformierungsmittel-Regenerator 8 zugeführt wird, und der Löschkalk, der von der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 zugeführt wird, gemischt und dem Reformer 1 als ein Reformierungsmittel zugeführt. Während sowohl der gebrannte Kalk als auch der Löschkalk das Kohlendioxid absorbieren kann, ist der Heizwert, der erzeugt wird, wenn das Kohlendioxid absorbiert wird, in dem gebrannten Kalk größer. Demzufolge wird erwogen, dass, wenn der Anteil des Löschkalks in dem Reformierungsmittel, der dem Reformer 1 zugeführt wird, erhöht wird, der Heizwert, der erzeugt wird, wenn das Reformierungsmittel CO₂ absorbiert, verringert wird, und die Temperaturbedingung des Reformers 1 kann möglicherweise nicht beibehalten werden.
Es wird ersichtlich, dass, wenn die Absorption und die Regeneration des Kohlendioxids wiederholt werden, während die Kohlendioxid-Absorptionskapazität des Reformierungsmittels schrittweise abnimmt, die Abnahme nicht so abrupt erfolgt, dass dessen Verwendung durch eine Wiederholung schwierig wird und das Reformierungsmittel kann mehrere Wiederholungen aushalten. Dem entsprechend kann die Aktivierungsprozessierung des zirkulierten Reformierungsmittels alle paar Wiederholungen durchgeführt werden. Das bedeutet, die Kohlendioxid-Absorptionsaktivität des Reformierungsmittels kann auf einem bestimmten Level oder höher beibehalten werden durch Verzweigen von einem n-ten des Reformierungsmittels nach der Regeneration, Einleiten des verzweigten Reformierungsmittels in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 und Umsetzen des eingeleiteten Reformierungsmittels mit dem Dampf 5 zur Bildung des Löschkalks mit hoher Aktivität. Ein Verzweigungsverhältnis des Reformierungsmittels nach der Regeneration kann so eingestellt sein, dass der Grad der erforderlichen Absorptionsaktivität beibehalten werden kann.
Zusätzlich wird, wie oben beschrieben, zur Lösung des Problems, in dem der Heizwert verringert wird, wenn der Löschkalk das Kohlendioxid in dem Reformer 1 absorbiert, ein Trockengas 21 von 673 K oder mehr, das aus Luft oder Stickstoff gebildet ist, von einer Trockengas-Zuführvorrichtung 20 in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 zugeführt, der Löschkalk, der durch Reaktion des Dampfes 5 mit dem gebrannten Kalk in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 erhalten wird, wird mit dem Trockengas 21 dehydratisiert, um den Löschkalk zu dem gebrannten Kalk zurückzuführen, und der gebrannte Kalk wird dem Reformer 1 zugeführt. Demzufolge kann die Knappheit der Reaktionswärme in dem Reformer 1 gelöst werden. Wie weiter oben beschrieben wird, kann die Temperatur des Reformers 1 durch Auswahl eines optimalen Punktes eingestellt werden, um eine Verzweigungsfraktion des Reformierungsmittels nach der Regeneration, die in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 eingeführt wurde, einzustellen.
Wenn der Vergasungsofen 2 Dampf als ein Vergasungsmittel nutzt, kann, während die Reformierungsreaktion in dem Reformer 1 nur mit dem in dem produzierten Gas 3 verbleibenden Dampf voranschreiten kann, da die Reaktion nur schwer voranschreiten kann, wenn die Dampfkonzentration (der Partialdruck) durch die Reformierungsreaktion verringert wird, der Dampf 5 hinzugefügt werden und je nach Erfordernis zugeführt werden. Hier kann, wenn der Vergasungsofen 2 den Dampf nutzt, der durch den Wärmetauscher oder dergleicheen erzeugt wird, der konfiguriert ist, um die Abwärme zurückzugewinnen, da das Vergasungsmittel und der Dampf in dem Vergasungsofen 2 eine Restenergie besitzt, dieser Dampf in dem Reformer 1 genutzt werden. Allerdings sollte der Dampf für die Reformierungsreaktion überhitzt sein. Dem entsprechend können angesichts des Falles, in dem der Dampf des Vergasungsofens 2 keine Restenergie besitzt, die Dampfquelle, der Überhitzer etc. unabhängig voneinander bereitgestellt werden.
Als Nächstes wird ein Betrieb des Beispiels beschrieben.
Der Grund für die Verwendung des gebrannten Kalks (CaO) als Reformierungsmittel ist nicht nur, dass der gebrannte Kalk als Katalysator verwendet werden kann, sondern dass die Wärme erzeugt wird, wenn CaO CO₂ in dem produzierten Gas 3 absorbiert und zu CaCO₃ wird und die Wärme als Energie für die Reformierungsreaktion genutzt wird, bei der es sich um eine endotherme Reaktion handelt. Die Hauptreaktion in dem Reformer 1 verläuft wie folgt. Das heißt, Reaktionswärme ΔT₁ der Formel (1) und Reaktionswärme ΔT₂ der Formel (2) werden in der Reformierungsreaktion der Formel (3) genutzt. CO + H₂O ←→ CO₂ + H₂ + ΔT₁ (1), Shift-Reaktion CaO + CO₂ ←→ CaCO₃ + ΔT₂ (2), CO₂ Absorptionsreaktion C_nH_m (tar) + nH₂O + (Wärme-Input von ΔT₁ und ΔT₂) –> nCO + (1/2·(m + 2n)mH₂) (3), Reformierungsreaktion
Während die Reformierungsreaktion sogar bei 873 K (600°C) weiterläuft, beträgt die Zeit, die verstreicht, während das produzierte Gas 3 durch den Reformer 1 strömt, von ca. mehreren Sekunden bis zu über zehn Sekunden entsprechend dem Maßstab der Vorrichtung, und um den in dem produzierten Gases 3 enthaltenen Teer im Wesentlichen vollständig zu CO oder H₂ während dieser Zeit abzubauen, ist es bevorzugt, die Temperatur auf etwa 923 K (650°C) oder mehr, und wenn möglich, auf 973 K (700°C) oder mehr einzustellen. Da aber der Heizwert, wenn CaO CO₂ absorbiert, begrenzt ist, ist die zu hohe Temperatur nicht besonders bevorzugt. Die lineare Geschwindigkeit, wenn das produzierte Gas 3 durch den Reformer 1 strömt, ist innerhalb eines fluidalen Bereichs geringer zu erwarten, und wenn möglich, ist die Dicke (die Schichthöhe) des Wirbelbetts größer zu erwarten. Da die Schichthöhe einen Einfluss auf den Druckverlust des Reformers 1 hat, wird letztendlich eine Optimierung sowohl der Gasströmungsgeschwindigkeit, die ein Faktor der Reaktionsrate ist, als auch der Temperatur und der Verweildauer des produzierten Gases 3 (der Kontaktzeit zwischen dem produzierten Gas und dem Reformierungsmittel) und der Schichthöhe des Wirbelbetts in Betracht gezogen.
Wie weiter oben beschrieben, kann, da das Reformieren unter Verwendung des gebrannten Kalks (CaO) als Katalysator erfolgt, und die Reformierungsreaktion des Teers unter Nutzung von Wärme, die erzeugt wird, wenn der gebrannte Kalk das Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert unter Erzeugung des Calciumcarbonats erhöht wird, die Reformierung des produzierten Gases bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen der herkömmlichen Reformierungsvorrichtung durchgeführt werden. Demzufolge kann, da die Zufuhr von Sauerstoff oder dergleichen zur Erhöhung der Temperatur reduziert wird oder der Verbrauch des produzierten Gases ohne Zufuhr des Sauerstoffs oder dergleichen unterdrückt wird, eine Abnahme des Heizwerts des produzierten Gases unterbunden werden. Da des Weiteren der Teer auch durch ein Gas abgebaut werden kann, das CO und H₂ als Hauptbestandteile enthält, kann eine Abnahme des Heizwertes des produzierten Gases unterbunden werden.
Das Calciumcarbonat (CaCO₃), das kontinuierlich aus dem Reformer 1 abgeführt wird und zu dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 transportiert wird, wird im Reformierungsmittel-Regenerator 8 bei einer Temperatur von mehr als 1073 K (800°C) und weniger als 1273 K (1000°C) verbrannt, um das Calciumcarbonat zu dem gebrannten Kalk (CaO) zurückzuführen, und der gebrannte Kalk wird wieder zu dem Reformer 1 transportiert. Eine Hauptreaktion in dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 verläuft wie folgt. CaCO₃ → CaO + CO₂ (4), Verbrennungsreaktion = Endotherme Reaktion (Verbrennen von Reformierungsmittel) C (wie Brennstoff) + O₂ → CO₂ (5), Verbrennungsreaktion von Brennstoff = Exotherme Reaktion (Wasserstoff als Brennstoff wird weggelassen)
Da eine grosse Menge an Wärmeabsorption mit der Regeneration des gebrannten Kalks in dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 einhergeht, wird die Regeneration des gebrannten Kalks durch die Zufuhr des Zusatzbrennstoffs 14, die so ausgelegt ist, um die Innenseite des Reformierungsmittel-Regenerators 8 auf einer hohen Temperatur zu halten, und die Zufuhr von der Luft 12 oder von dem Sauerstoff 10 für die Verbrennung des Brennstoffs durchgeführt, und der Heizwert, der zum Abführen von CO₂ von CaCO₃ benötigt wird, wird in CaO als chemische Energie gespeichert, wobei die chemische Energie als Energie bei der Reformierungsreaktion im Reformer 1 dient.
Es ist bevorzugt, ein Gas oder Flüssigbrennstoff, der leicht vergast, welcher keinen Aschegehalt (Mineral) enthält, als Zusatzbrennstoff 14, der bei der Regeneration verwendet wird, zu verwenden. Es kommt auch die Verwendung des Brennstoffs, der den Aschegehalt enthält, durch periodischen Austausch des Reformierungsmittels durch ein neues oder gelegentliches Austauschen eines Teils des Reformierungsmittels durch ein neues in Frage.
Wenn der gebrannte Kalk (CaO), bei dem es sich um das Reformierungsmittel handelt, wiederholt verwendet wird, wird die Absorptionsaktivität von CO₂ verringert. Als ein Verfahren zur Rückgewinnung der Absorptionscharakteristika von CO₂ wird ein Teil des zirkulierten gebrannten Kalks von dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 extrahiert und neuer gebrannter Kalk derselben Menge wird als der extrahierte gebrannte Kalk dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 als ein Einführ-Reformierungsmittel 16 zugeführt. Da aber bestätigt ist, dass die Aktivität des gebrannten Kalks durch mehrmaliges Wiederholen der Regeneration verringert wird und der gebrannte Kalk nach dem Gebrauch, der gleichzeitig mit der Zufuhr des neuen gebrannten Kalks verschwendet wird, zu einer grossen Menge wird, kann dies nicht als ein Verfahren etabliert werden.
Außerdem ist bekannt, dass, wenn der gebrannte Kalk mit verringerter Aktivität mit dem Dampf 5 umgesetzt wird, um CaO zu dem Löschkalk (Ca(OH)₂) einmal umzuwandeln, und dann CaO durch Wiedererwärmung durch die Zufuhr des Trockengases 20 dehydratisiert wird, die Aktivität von CaO bis zu einem gewissen Grad wiedergewonnen wird. Hier, in der vorliegenden Ausführungsform, wird der gebrannte Kalk mit der verringerten Aktivität von dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 eingeleitet und aktiviert, und das aktivierte CaO wird in den Reformer 1 eingespeist. Demzufolge kann CaO, bei dem es sich um das Reformierungsmittel handelt, über eine lange Zeit verwendet werden.
Die folgende Reationsformel (6) zeigt die Reaktion in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15. Der gebrannte Kalk, der von dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 abgeführt wird, wird mit dem Dampf umgesetzt, um zu Löschkalk zu werden, und gleichzeitig wird Reaktionswärme ΔT₃ erzeugt. CaO + H₂O ←→ Ca(OH)₂ + ΔT₃ (6), Hydratationsreaktion von gebranntem Kalk
Während die Reaktion der Reaktionsformel (6) durch einen Dampfpartialdruck variiert wird (ein Wert, der durch Multiplizieren des Drucks bei der Reaktion und der Dampfkonzentration im Reaktionsgas erhalten wird), geht die Reaktion zur Rechten bei der niedrigen Temperatur weiter und die Reaktion zur Linken geht bei der hohen Temperatur in Bezug auf etwa 773 K (500°C) bei dem Dampf von 100% weiter. Demzufolge wird eine Temperatur deutlich unter 773 K als Temperatur in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 gewählt. Das bedeutet, die Temperatur in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 ist auf eine Temperatur eingestellt, die 773 K nicht erreicht, selbst wenn die Temperatur durch die Reaktionswärme ΔT₃ oder Reaktionsformel (6) erhöht wird.
Inzwischen wird, während das Reformierungsmittel, das zu dem Löschkalk durch die Reaktionsformel (6) in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 wird, in den Reformer 1 eingespeist wird, wie oben beschrieben, der Reformer 1 bei einer Temperatur von 873 K oder mehr verwendet, was unter der Temperaturbedingung liegt, in der die Reaktion der Reaktionsformel (6) nach links abläuft. Das bedeutet, der dem Reformer 1 zugeführte Löschkalk wird rasch vom Löschkalk (Ca(OH)₂) der rechten Seite zu dem CaO der linken Seite in der Reaktionsformel (6) verändert, und gleichzeitig wird Wärme, die der Reaktionswärme ΔT₃ entspricht, absorbiert.
In dem Reformer 1 wird, während die Wärme von ΔT₁ und ΔT₂ durch die Reaktionsformel (1) und Reaktionsformel (2), wie oben beschrieben, erzeugt wird für den Erhalt der Wärme, die für die Reformierung des Teers benötigt wird, da die Reaktion, in welcher der Löschkalk zu dem gebrannten Kalk zurückkehrt, wie oben beschrieben, gleichzeitig damit auftritt, Wärme von ΔT₃ für die fortschreitende Reaktionsformel (6) zur Linken von der Wärme ΔT₁ + ΔT₂, die für die Reformierung des Teers genutzt wird, subtrahiert, und somit wird die Wärme, die für die Reformierung des Teers benötigt wird, unzureichend.
Leider ist, da der Anteil des Reformierungsmittels, der in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15 zugeführt wird, unter dem Reformierungsmittel nach der Regeneration, das von dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 abgeführt wird, gering ist und der größte Teil des dem Reformer 1 zugeführten Reformierungsmittels der gebrannte Kalk (CaO) ist, die Wärme, die benötigt wird, wenn die Reaktionsformel (6) zur Linken fortschreitet, geringer als die Wärme, die durch die Reaktionsformel (1) und Reaktionsformel (2) erhalten wird, und der Einfluss auf die Temperatur des Reformers 1 wird reduziert.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Erfindung, da die Charakteristika, bei denen CaO CO₂ bei der Reformierungsreaktion im Reformer 1 absorbiert, verwendet werden, die Absorption von CO₂ möglich. CO ist in dem produzierten Gas 3 enthalten, und CO₂ wird erzeugt, wenn das produzierte Gas 3 dem Reformer 1 zugeführt wird. Um CO₂ zusammen mit dem produzierten Gas 3 aktiv zu absorbieren, wird der Dampf 5 dem Reformer 1 zugeführt, so dass die Dampfkonzentration etwa 50% in einer Gaszusammensetzung nach dem Mischen wird. Wenn CO₂ aktiv absorbiert wird, wird der Dampf 5 dem Reformer 1 zugeführt, so dass die Dampfkonzentration etwa 50% wird. Wenn aber nur die Teer-Reformierung im Reformer 1 durchgeführt wird, kann der Dampf 5 zugeführt werden, so dass die Dampfkonzentration weniger als 50% wird. Die Reaktion zum Absorbieren von CO₂ in dem produzierten Gas 3 läuft im Reformer 1 ab. Als ein Ergebnis davon bricht das Gleichgewicht der Zusammensetzung von H₂, CO, CO₂ und H₂O zusammen, eine Shift-Reaktion der Formel (1) läuft ab, und CO, das nicht von Natur aus absorbiert wird, wird ebenfalls als Ergebnis daraus absorbiert, so dass nur der Kohlenwasserstoff, der nicht an der Reaktion mit H₂ beteiligt ist, übrigbleibt.
Ferner kann der Reformierungsmittel-Regenerator 8 durch ein geschlossenes System gebildet werden. Das heißt, da ein System zum Recyceln des regenerierten Abgases gebildet wird und Sauerstoff (reiner Sauerstoff) von der Sauerstoff-Herstellungsvorrichtung 9 für ein Oxidationsgas verwendet wird, das benötigt wird, um den Zusatzbrennstoff 14 für die Regeneration zu verbrennen, kann das regenerierte Abgas CO₂-Gas mit einer hohen Reinheit von etwa 100% sein, und demzufolge kann das System zu einem CCS-System zum Komprimieren und Speichern des regenerierten Abgases so, wie es ist, verändert werden.
Es ist bekannt, dass, während die Reaktion des Verbrennens von CaCO₃ zu CaO befriedigend bei 1073 bis 1173 K (800 bis 900°C) in der Luft abläuft, die Temperatur, die für die Reaktion benötigt wird, in der Gasatmosphäre mit einer hohen CO₂-Konzentration erhöht wird. Dies wird durch einen Einfluss auf den CO₂-Partialdruck im Gas in dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 bewirkt. Da aber die Rückgewinnung von CO₂ schwierig wird, wenn Stickstoff oder dergleichen zur Verringerung des CO₂-Partialdrucks verwendet wird, wir der Dampf 5 alternativ hinzugefügt. Da der hinzugefügte Dampf kondensiert und entfernt werden kann, wenn der Dampf während des Prozesses zum Komprimieren des Abgases etwas abgekühlt wird, kann der Einfluss auf die CO₂-Rückgewinnung reduziert werden.
Die 2 ist ein Blockdiagramm, wenn ein Chargenverarbeitungsverfahren zum Einsatz kommt, in dem Fall, in dem ein Reformierungsmittel nach der Reproduktion aktivierungsprozessiert wird. Das heißt, im Fall von 2 sind zwei Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtungen 15A und 15B mit einem Weg 22 verbunden, der konfiguriert ist, um CaO, das durch den Reformierungsmittel-Regenerator 8 verbrannt wird, dem Reformer 1 über zwei Strömungswege 23 und 24 zuzuführen. In der 2 bezeichnet die Bezugsziffer 25 ein Ventil, das konfiguriert ist, um ein Umschalten zu den Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtungen 15A und 15B durchzuführen.
Im Allgemeinen wird, während das Reformierungsmittel (CaO) nach der Regeneration von einem Reformierungsmittel-Regenerator 8 direkt dem Reformer 1 über den Weg 22 zugeführt wird, wenn bestimmt wird, dass die Aktivierung des CaO benötigt wird, das gesamte CaO nach der Regeneration, das von dem Reformierungsmittel-Regenerator 8 abgeführt wird, in die eine Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15A durch den Strömungsweg 23 durch Umschalten des Ventils 25 zugeführt und aufgenommen, und während dieser Zeit wird das Reformierungsmittel (CaO), das durch die Aktivierungsprozessierung in der anderen Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15B angesammelt wurde, dem Reformer 1 zugeführt, wodurch eine Funktion des Reformers 1 beibehalten wird. Eine vorbestimmte Menge an CaO wird in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15A angesammelt, in welche das CaO aufgenommen wird, und gleichzeitig wird die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15B, aus welcher das Reformierungsmittel dem Reformer 1 zugeführt wird, geleert. Demzufolge wird der Dampf in die Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15A zugeführt, in der die vorbestimmte Menge an CaO angesammelt wird, der Dampf wird mit dem CaO umgesetzt und wird zu dem Löschkalk unter Schwächung der kristallinen Struktur, das Trockengas 21 wird zugeführt, so dass der Löschkalk zu dem CaO zurückkehrt, und auf diese Weise wird die Absorptionsaktivität von CO₂ zurückgewonnen.
Zusätzlich wird, wenn ermittelt wird, dass die Aktivierung von CaO wieder benötigt wird, das Ventil 25 umgeschaltet, so dass das gesamte CaO nach der Regeneration in der anderen Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15B durch den Strömungsweg 24 aufgenommen wird, und das Reformierungsmittel (CaO), das sich in der Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung 15A durch die Aktivierungsprozessierung angesammelt hat, wird dem Reformer 1 zugeführt.
Es ist bekannt, dass der Löschkalk leicht in den gebrannten Kalk bei 673 K (400°C) bis 823 K (550°C) unter einer Trockenbedingung von niedriger als dem Atmosphärendruck verändert wird, und es tritt keine Verfeinerung des Kristalls bei einer solchen Temperatur auf. Aus diesem Grund wird eine hohe Kohlendioxid-Absorptionsaktivität nach der Aktivierungsprozessierung durch die aufwärmende Dehydratation beibehalten.
Die nachstehende Table zeigt ein Schaltmuster eines Betriebs gemäß dem Chargenprozessierungsverfahren, und der Betrieb wird gemäß den folgenden Schritten durchgeführt. [Tabelle 1]
a: Beim normalen Betrieb wird das Reformierungsmittel nach der Regeneration, das regeneriert und aus dem Regenerator 8 abgeführt wurde, direkt dem Reformer 1 zugeführt.
b: Wenn die Aktivierungsprozessierung des Reformierungsmittels benötigt wird, wird das Ventil 25 am Auslass des Regenerators 8 umgeschaltet, so dass das gesamte abgeführte Reformierungsmittel in die Aktivierungsvorrichtung 15A zugeführt wird.
Während dieser Zeit wird, da die Zufuhr des Reformierungsmittels von dem Regenerator 8 in den Reformer 1 unterbrochen wird, das Reformierungsmittel, das sich nach der Vollendung der Aktivierungsprozessierung in der Aktivierungsvorrichtung 15B angesammt hat, in den Regenerator 8 zugeführt, und der Betrieb wird fortgesetzt.
c: Das Reformierungsmittel, das in die Aktivierungsvorrichtung 15A zugeführt wird, wird mit dem Dampf unter Erzeugung des Löschkalks umgesetzt.
Während dieser Zeit wird das in dem Regenerator 8 regenerierte Reformierungsmittel direkt dem Reformer 1 zugeführt.
Die Aktivierungsvorrichtung 15B steht im Leerzustand in Bereitschaft.
d: Das in die Aktivierungsvorrichtung 15A zugeführte Gas wird von dem Dampf zu dem Trockengas 21 von Luft oder Stickstoffverwandelt, die Temperatur wird erhöht, um die Dehydratation des Löschkalks durchzuführen (Umkehrreaktion der Reaktion mit dem Dampf), und es wird eine Prozessierung zur Rückkehr zu dem gebrannten Kalk durchgeführt.
Während dieser Zeit wird das in dem Regenerator 8 regenerierte Reformierungsmittel direkt dem Reformer 1 zugeführt.
Die Aktivierungsvorrichtung 15B steht beständig im Leerzustand in Bereitschaft.
e: Wenn die Aktivierungsprozessierung des Reformierungsmittels benötigt wird, wird das Ventil 25 am Auslass des Regenerators 8 umgeschaltet, so dass das gesamte abgeführte Reformierungsmittel in die Aktivierungsvorrichtung 15B zugeführt wird.
Während dieser Zeit wird, da die Zufuhr des Reformierungsmittels vom Regenerator 8 zu dem Reformer 1 unterbrochen wird, das Reformierungsmittel nach der Aktivierungsprozessierung und Dehydratationsprozessierung in der Aktivierungsvorrichtung 15A dem Reformer 1 zugeführt, und der Betrieb wird fortgesetzt.
f: Das Reformierungsmittel, das in die Aktivierungsvorrichtung 15B zugeführt wird, wird mit dem Dampf zur Erzeugung des Löschkalks umgesetzt.
Während dieser Zeit wird das Reformierungsmittel vom Regenerator 8 direkt dem Reformer 1 zugeführt.
Die Aktivierungsvorrichtung 15A steht im Leerzustand in Bereitschaft.
g: Das in die Aktivierungsvorrichtung 15B zugeführte Gas wird von dem Dampf 5 zu dem Trockengas 21 von Luft oder Stickstoff umgewandelt, die Temperatur wird durch Durchführung der Dehydratation des Löschkalks erhöht (Umkehrreaktion der Reaktion mit dem Dampf), und die Prozessierung zur Rückführung des gebrannten Kalks wird durchgeführt.
Während dieser Zeit wird das in dem Regenerator 8 regenerierte Reformierungsmittel direkt dem Reformer 1 zugeführt.
Die Aktivierungsvorrichtung 15A steht beständig im Leerzustand in Bereitschaft.
Die oben genannten Schritte b bis g dienen als ein Zyklus der Reformierungsmittel-Aktivierungsprozessierung. Bei der Reformierungsmittel-Aktivierungsprozessierung werden die Schritte b bis g wiederholt, und es wird auch ein Standby für die Zeitanpassung zwischen der Dehydratation und der Abführung der Aktivierungsvorrichtungen 15A und 15B entsprechend dem Status einer Abnahme in der Leistungsfähigkeit des Reformierungsmittels vorgesehen.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das oben genannte Beispiel beschränkt, doch es können verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases bereitzustellen, die in der Lage sind, Teer, der durch Niedrigtemperatur-Vergasung unter Verwendung von relativ kleiner Zusatzgerätschaft erzeugt wird, zu reduzieren.
Bezugszeichenliste

1: Reformer
2: Vergasungsofen
3: produziertes Gas
4: Dampfquelle
5: Dampf
8: Reformierungsmittel-Regenerator
9: Sauerstoff-Herstellungsvorrichtung
10: Sauerstoff
12: Luft
14: Zusatzbrennstoff
15, 15A, 15B: Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung
20: Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-287618 [0002]
JP 2009-215387 [0011]
JP 2007-16061 [0011]

Claims

Verfahren zum Reformieren eines produzierten Gases, das konfiguriert ist, um in dem produzierten Gas enthaltenen Teer von einem Vergasungsofen zu reformieren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen von Calciumcarbonat in einem Reformer durch Inkontaktbringen des produzierten Gases aus dem Vergasungsofen mit gebranntem Kalk, so dass der gebrannte Kalk Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, Durchführen einer Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Verwendung von Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat erzeugt wird, Zuführen des Calciumcarbonats in den Reformer, von Zusatzbrennstoff und Luft in einen Reformierungsmittel-Regenerator zur Bildung eines Wirbelbetts, Rückleiten des Calciumcarbonats zu dem gebrannten Kalk durch Verbrennen des Calciumcarbonats unter Verwendung von Wärme durch Verbrennung des Zusatzbrennstoffs und Zuführen des gebrannten Kalks in den Reformer.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 1, wobei in dem Reformer die Reformierungreaktion des Teers unter Verwendung von, und zusätzlich zu der Wärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat aus dem gebrannten Kalk erzeugt wird, Wärme, die erzeugt wird, wenn das Kohlendioxid durch Reaktion zwischen Kohlenmonoxid und Feuchtigkeit in dem produzierten Gas erzeugt wird, durchgeführt wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 1, wobei Dampf mit dem gebrannten Kalk umgesetzt wird, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wurde, um Löschkalk mit hoher Aktivität zu erhalten, und kontinuierlich der gebrannte Kalk durch Erwärmen und Dehydratisieren des Löschkalks erhalten wird und dem Reformer zugeführt wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 1, wobei Sauerstoff an Stelle von Luft dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, der Zusatzbrennstoff mit dem Sauerstoff verbrannt wird, ein Gas, das eine hohe Konzentration Kohlendioxid enthält, in dem Reformierungsmittel-Regenerator durch Verbrennen des Calciumcarbonats unter Verwendung von Wärme durch Verbrennung des Zusatzbrennstoffs erzeugt wird und das Kohlendioxid aus dem erzeugten Gas rückgewonnen wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 1, wobei der Reformer das produzierte Gas von einem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ, der bei Normaldruck betrieben wird, einleitet und reformiert.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 1, wobei Dampf mit einem Teil des gebrannten Kalks, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator für den Erhalt von Löschkalk mit hoher Aktivität verbrannt wurde, umgesetzt wird und der Löschkalk dem Reformer zusammen mit dem gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wurde, zugeführt wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 4, wobei ein Teil des regenerierten Abgases von dem Reformierungsmittel-Regenerator mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführt wird, vermischt wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 7, wobei Dampf weiter mit dem dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführten Sauerstoff vermischt wird.
Verfahren zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 8, wobei das regenerierte Abgas von dem Reformierungsmittel-Regenerator auf eine Kondensationstemperatur des Dampfes oder niedriger abgekühlt wird.
Vorrichtung zum Reformieren eines produzierten Gases, die konfiguriert ist, um Teer, der in dem produzierten Gas von einem Vergasungsofen enthalten ist, zu reformieren, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Reformer, der konfiguriert ist, um Calciumcarbonat durch Einleiten des produzierten Gases von dem Vergasungsofen in den Reformer und Inkontaktbringen des produzierten Gases mit gebranntem Kalk zu erzeugen, so dass der gebrannte Kalk Kohlendioxid in dem produzierten Gas absorbiert, und um eine Reformierungsreaktion des Teers mit Calcium als Katalysator unter Nutzung von Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn das Calciumcarbonat erzeugt wird, durchzuführen; und einen Reformierungsmittel-Regenerator, der konfiguriert ist, um das Calciumcarbonat in den Reformer, Zusatzbrennstoff und Luft zur Bildung eines Wirbelbetts einzuleiten, das Calciumcarbonat zu dem gebrannten Kalk zurückzuführen durch Verbrennen des Calciumcarbonats unter Nutzung von Wärme durch Verbrennung des Zusatzbrennstoffs und um den gebrannten Kalk dem Reformer erneut zuzuführen.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 10, weiter umfassend eine Reformierungsmittel-Aktivierungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um den gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wurde, einzuleiten, um Löschkalk mit hoher Aktivität durch Reaktion von Dampf mit dem gebrannten Kalk zu erhalten und kontinuierlich den gebrannten Kalk durch Erwärmen und Dehydratisieren des Löschkalks zu erhalten und den gebrannten Kalk dem Reformer zuzuführen.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 10, weiter umfassend eine Sauerstoff-Zuführvorrichtung, die konfiguriert ist, um Sauerstoff, an Stelle von Luft, dem Reformierungsmittel-Regenerator zuzuführen, wobei das Kohlendioxid aus einem produzierten Gas, das eine hohe Konzentration Kohlendioxid enthält, das durch Verbrennen von Calciumcarbonat mit dem Sauerstoff erhalten wird, rückgewonnen wird.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 10, wobei der Reformer mit einem Vergasungsofen vom 2-Türme-Typ, der bei Normaldruck betrieben wird, verbunden ist.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 10, wobei Dampf mit einem Teil des gebrannten Kalks, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator für den Erhalt des Löschkalks mit hoher Aktivität verbrannt wurde, umgesetzt wird und der Löschkalk dem Reformer zusammen mit dem gebrannten Kalk, der durch den Reformierungsmittel-Regenerator verbrannt wird, zugeführt wird.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 12, wobei ein Teil eines regenerierten Abgases aus dem Reformierungsmittel-Regenerator mit dem Sauerstoff, der dem Reformierungsmittel-Regenerator von der Sauerstoff-Zuführvorrichtung zugeführt wird, gemischt wird.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 15, wobei Dampf weiter mit dem dem Reformierungsmittel-Regenerator zugeführten Sauerstoff vermischt wird.
Vorrichtung zum Reformieren des produzierten Gases gemäß Anspruch 16, wobei das regenerierte Abgas von dem Reformierungsmittel-Regenerator auf eine Kondensationstemperatur des Dampfes oder niedriger abgekühlt wird.