JP2001279266A - 石炭のガス化方法及びメタノール合成システム - Google Patents
石炭のガス化方法及びメタノール合成システムInfo
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Abstract
した石炭のガス化方法及びメタノール合成システムを提
供する。 【解決手段】 内部に燃焼を行うコンバスタ111と該
コンバスタの上方に形成されガス化反応を行うリダクタ
112とを備えた火炉113と、上記コンバスタ内に石
炭を微粉状とした微粉炭114を供給する微粉炭供給手
段115と、燃焼用の空気116を供給する空気供給手
段117と、上記リダクタ112内に微粉炭114を供
給する微粉炭供給手段118と、上記リダクタ内に粉砕
したバイオマス11を供給するバイオマス供給手段21
とを備え、コンバスタ111内において発生する高温燃
焼ガスにより微粉炭114とバイオマス11とが乾留さ
れてガス化が行われ、メタノール合成に好適な生成ガス
14を得る。
Description
いてバイオマスを有効利用して高効率な有用ガスのガス
化を行うことができる石炭のガス化方法及び該生成ガス
を利用したメタノール合成システムに関する。
2段噴流床ガス化炉の概略を図9に示す。図9に示すよ
うに、2段噴流床ガス化炉は、内部に燃焼を行うコンバ
スタ01と該コンバスタ01の上方に形成されガス化反
応を行うリダクタ02とを備えた火炉03と、上記コン
バスタ01内に石炭を微粉状とした微粉炭04を供給す
る微粉炭供給手段05と、燃焼用の空気又は酸素富化空
気又は酸素06を供給する空気供給手段07と、リダク
タ02内に微粉炭04を供給する微粉炭供給手段08と
を備えてなるものである。尚、ガス化炉の形式としては
図9に示す様な絞り部によるコンバスタとリダクタの領
域が明瞭であるものに限定されるものではない。
る微粉炭04が燃焼用の空気又は酸素富化空気又は酸素
06により高温・高負荷燃焼が行われて、その際発生す
る高温燃焼ガスがリダクタ02へ供給される。また、別
途設けられた微粉炭供給手段08から供給される微粉炭
04がリダクタ02内に噴射され、コンバスタ01に発
生した高温燃焼ガスにより乾留されて、ガス化が行われ
る。このガス化して生成ガス09はガス精製がなされ、
その後ガスタービンへ送られ、発電がなされている。
は、COを主成分とする低カロリーのガスであり、ま
た、水素成分が乏しいのでメタノール合成の原料ガスと
しては不適であった。よって、石炭ガス化炉のガス化方
法においてもメタノール合成に有用なガス組成となるガ
ス化法の出現が望まれていた。
あってもメタノール合成に有効な組成のガスを得ること
ができる石炭のガス化方法及びメタノール合成システム
を提供することを目的とする。
[請求項1]の発明は、コンバスタ部とリダクタとを備
えた石炭ガス化炉のリダクタ又はその後流側にバイオマ
スを供給し、石炭のガス化と同時にバイオマスのガス化
を行うことを特徴とする。
て、上記バイオマスの供給が石炭と共に予め混合した後
に供給することを特徴とする。
て、上記バイオマスの供給が石炭の供給と相対向する位
置で供給することを特徴とする。
て、上記バイオマスの供給が石炭の供給の後流側で供給
することを特徴とする。
載のいずれか一項のガス化方法により得られた生成ガス
のガス精製を行うガス精製装置と、該精製後のガスを用
いてメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備
することを特徴とする。
て、ガス化炉内又はガス化炉出口に設けられ、生成ガス
中の炭化水素をCO及びH2 に改質するスチームリフォ
ーミング手段を設けたことを特徴とする。
て、精製したガス中のH2 とCOガスの組成を調整する
COシフト反応装置を設けたことを特徴とする。
いずれか一項において、生成ガス中のCO2 を除去する
脱炭酸装置をメタノール合成装置の上流側へ介装したこ
とを特徴とする。
するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。
の形態を図1を用いて説明する。図1は本実施の形態に
かかる石炭ガス化炉の概略図である。図1に示すよう
に、本実施の形態にかかる石炭ガス化炉は、2段噴流床
形式であり、内部に燃焼を行うコンバスタ111と該コ
ンバスタ111の上方に形成されガス化反応を行うリダ
クタ112とを備えた火炉113と、上記コンバスタ1
11内に石炭を微粉状とした微粉炭114を供給する微
粉炭供給手段115と、燃焼用の空気又は酸素富化空気
又は酸素(以下「空気等」という)116を供給する空
気又は酸素富化空気又は酸素供給手段(以下「空気等供
給手段」という)117と、上記リダクタ112内に微
粉炭114を供給する微粉炭供給手段118と、上記リ
ダクタ112内に粉砕したバイオマス11を供給するバ
イオマス供給手段21とを備えてなるものである。
から供給される微粉炭114が燃焼用の空気等116に
より高温・高負荷燃焼が行われて、その際発生する高温
燃焼ガスがリダクタ112へ供給される。そして、別途
設けられた微粉炭供給手段18から供給される微粉炭1
14と、バイオマス供給手段21から供給されるバイオ
マス11が共にリダクタ112内に噴射され、コンバス
タ111に発生した高温燃焼ガスにより乾留されて、ガ
ス化が行われ、生成ガス14が得られる。
うに、微粉炭114とバイオマス11とを別々に供給す
る方法場合において、相対向する位置で供給する方法
(図2(A))や、バイオマス11の供給を微粉炭1
14の供給よりもやや上流側位置で供給する方法(図2
(B))等がある。また、微粉炭やバイオマスの供給を
複数箇所から供給するようにしてもよい。
としては、図3に示すように、微粉炭114とバイオマ
ス11とを同一の供給管132を用いて供給するように
してもよい。
132を二重管とし、内管133をバイオマス11の供
給管とし、外管134を微粉炭114の供給管とし、リ
ダクタ112内に噴射するようにしてもよい。
炉113の内部のリダクタ112の上部にさらにバイオ
マス供給場135を形成し、該バイオマス供給場135
にバイオマス11を供給するようにしてもよい。これに
より、図1に示す火炉のように、リダクタ112内でバ
イオマス11が燃焼するのを防止することができ、ガス
化効率が向上する。
バイオマス11は、生産又は廃棄されたバイオマスを乾
燥手段22により乾燥された後、粉砕手段(図示せず)
により所定粒径に粉砕されたものとするのが好ましい。
本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料と
して利用することのできる生物資源(例えば農業生産物
又は副産物、木材、植物等)をいい、又それらを原料と
する故紙等も含めたものをいう。
On (m=1.0〜1.5、n=0.7〜1.1)であるが、便
宜上CH2 Oと簡略化して以下説明する。本発明では、
上記バイオマス21の粉砕物の平均粒径(D)は、0.0
1≦D≦5mmとするのが好ましい。これは、平均粒径
が0.01mm以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪く
なり、好ましくないからである。一方、平均粒径が5m
mを超えた場合には、バイオマスの粒子内部まで良好に
燃焼・熱分解がなされずに反応が促進せず、高効率のガ
ス化が困難となるからである。
たガス組成のH2 /CO比率が2<[H2 ]/[CO]
となるように、必要に応じて火炉出口近傍に、スチーム
リフォーミング手段125が設けられている(例えば、
Ni触媒を担持したセラミックスフォーム(ハニカム式
輻射交換体)124等である。)
温度は700〜1200℃(好適には800〜1000
℃程度)のガス化条件とするのが好ましい。これは、炉
内温度が700℃未満であると、燃焼が良好でなく、好
ましくなく、一方1200℃を超えた場合には、バイオ
マス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないか
らである。
に限定されるものではないが、0.1〜5m/sのガス化
条件とするのが好ましい。これは、空塔速度は0.1m/
s以下では炉内滞留時間が長く、燃焼過多となり好まし
くなく、一方5m/sを超える場合には、燃焼・熱分解
が完全になされずに、良好なガス化ができないからであ
る。なお、粉砕バイオマスを好適に搬送するには、バイ
オマスの粒径を考慮に入れるとさらによく、特に好まし
くは、バイオマスの平均粒径が0.05〜1mmの場合に
は、空塔速度を0.4〜1m/sとし、平均粒径が1〜5
mmの場合には、空塔速度を1〜5m/sとするのが好
ましい。
いてバイオマス11のガス化により生成した生成ガス1
4には、上述したH2 ,CO,CO2 以外に、ガス化条
件にも左右されるが例えばCH4 ,C2 H4 〜C
2 H6 ,C3 H6 〜及びタール、スートが等の炭化水素
が含まれる場合がある。
は、水蒸気及びニッケル触媒存在下のスチームリフォー
ミング手段125により、550℃以上(好適には90
0℃±100℃)で、CO,H2 にすることができる。
このスチームリフォーミング手段125により生成され
たH2 は、上述したように、メタノール合成の原料とな
る。
スを供給すると共に得られた生成ガス14をスチームリ
フォーミング手段125を付加することにより、CO及
びH 2 を製造することができる。これにより、タール,
スートも基本的にはC系であり、十分な滞留時間を確保
することでスチームリフォーミングが可能となる。
のガス化と共に、バイオマス11のガス化により、ガス
化されたガス組成のH2 /CO比率が2より大きくな
る。これにより、効率よくガス化又は改質され、良好な
メタノール合成のガス組成のガスを得ることができる。
このガス14はこのガス精製装置で精製され、ガス成分
組成を調整することにより、各種燃料(メタノール,エ
タノール等)の合成原料として利用される。
してメタノールを例にして以下に説明する。図6に示す
ように、本実施の形態におけるメタノール合成システム
は、火炉113内で生成ガス14を冷却器16で冷却し
た後、生成ガス14中の粉塵等を除去してガス精製を行
う上記精製装置19と、ガス精製後のガス中の水蒸気を
除去する熱交換器31と、該ガスの圧力を向上させるブ
ースタ装置32と、昇圧後のガス中のCO2 を除去する
脱炭酸装置33と、脱炭酸されたされたガス温度をメタ
ノール製造温度まで加温する再生熱交換器34と、ガス
中の2H2 とCOとからメタノール(CH3 OH)35
を製造するメタノール合成装置36と、該メタノール合
成装置36により得られた生成ガス37をメタノール3
5と排ガス38とに分離する凝縮装置39とを具備する
ものである。
ガス化により生成した生成ガス14中のCO,CO2 ,
H2 の内不要なCO2 を除去する脱炭酸装置33が介装
されている。これによって、余分なCO2 はシステム最
終段階でアミン系湿式脱炭酸装置等のようなCO2 を除
去する脱炭酸装置を配設することにより、系内より接触
的に除去し、メタノールの回収率の向上を図っている。
このため、図6において、ブースタ装置32とメタノー
ル合成装置36との間にCO2 除去の脱炭酸装置33を
介装することにより、余分なCO2 を除去しているが、
ブースタ装置32の前段側に該脱炭酸装置33を介装す
るようにして、予めCO2 を除去したガスを昇圧するよ
うにすることもできる。
れるメタノール原料ガスは、余分なCO2 が除去された
結果、CO、2H2 の組成とすることができ、メタノー
ル合成が効率よく進行し、高効率のメタノールを合成す
ることができる。なお、上記脱炭酸装置33で除去した
CO2 をバイオマスの搬送ガスとして再利用することも
できる。
バイオマスを効率的にガス化することにより、生成ガス
のガス組成をメタノール合成用のガス組成とすることが
できる。
ガス化炉出口側にスチームリフォーミング手段125を
介装することにより、生成ガス14中の炭化水素を火炉
出口近傍においてCOとH2 とに改質し、メタノール合
成に良好なガス組成とするようにしてもよい。
は脱炭酸装置33で外部へ除去され、メタノール合成に
必須のCO,2H2 の組成で且つガス組成のH2 /CO
比率が2より大きくなり、極めて理想的なものとなる。
ることでスート等の発生が全くないクリーンなメタノー
ル合成用のガスを得ることでメタノール合成効率が向上
し、バイオマス21の全体の約60%がメタノール燃料
に変換されることになる。
成用のガス以外に従来と同様にガス精製手段により精製
した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用する
ことも可能である。また、本実施の形態ではメタノール
合成を例にして説明したが、メタノール合成以外にも生
成ガスを用いて他の物質(例えばジメチルエーテル等)
を合成することができる。
の形態にかかるメタノール合成システムを図7を用いて
説明する。図7は本実施の形態にかかるバイオマスガス
化炉を用いたバイオマスガス化システムの概略図であ
る。図7に示すように、本実施の形態にかかるバイオマ
スのメタノール合成システムは、バイオマス11を供給
してガス化する火炉113と、該火炉113でガス化し
た生成ガス14を冷却器16で冷却した後、該ガスを精
製するガス精製装置19と、精製後のガス中の水蒸気を
除去する熱交換器31と、該冷却後のガス中のH2 とC
Oガスの組成を調整するCOシフト反応装置41と、ガ
スの圧力を向上させるブースタ装置32と、ガス組成中
のCO2 を系外へ除去する脱炭酸装置33と、昇圧され
脱炭酸されたガスをメタノール製造温度まで加温する再
生熱交換器34と、ガス中のH2 とCOとからメタノー
ル(CH3 OH)35を製造するメタノール合成装置3
6と、メタノール合成装置36により合成されたガス3
7を排ガス38とメタノール35とに分離する凝縮装置
39とを具備するものである。
ガス化したガス組成のCH4 をスチームリフォーミング
手段125により改質してH2 ,COを得るようにして
いたが、本実施の形態では、COシフト反応装置41を
用いることにより、メタノール合成に必要なH2 を得る
ようにしたものである。なお、上記COシフト反応装置
41では、CO2 が発生するが、余分なCO2 は、上記
脱炭酸装置33を介装することにより、CO2 を分離す
ることにより除去している。
に、脱炭酸装置33で除去したCO2はバイオマス21
の搬送ガスとしてもよい。
にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの
概略図である。図8に示すように、本実施の形態にかか
るバイオマスのメタノール合成システムは、バイオマス
11を供給してガス化するガス火炉113と、該ガス火
炉113でガス化した生成ガス14中のCH4 等の炭化
水素をニッケル触媒下で改質するスチームリフォーミン
グ手段125と、スチームリフォーミング手段125に
より改質されたガスを冷却する冷却器16と、該冷却器
16で冷却した後のガスを精製するガス精製装置19
と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器31
と、該冷却後のガス中のH2 とCOガスの組成を調整す
るCOシフト反応装置41と、ガスの圧力を向上させる
ブースタ装置32と、ガス組成中のCO2 を系外へ除去
する脱炭酸装置33と、昇圧され脱炭酸されたガスをメ
タノール製造温度まで加温する再生熱交換器34と、ガ
ス中のH2 とCOとからメタノール(CH3 OH)35
を製造するメタノール合成装置36と、メタノール合成
装置36により合成されたガス37を排ガス38とメタ
ノール35とに分離する凝縮装置39とを具備するもの
である。
ス化したガス組成のCH4 を改質してH2 ,COを得る
ようにしていたが、本実施の形態では、さらに、COシ
フト反応装置41を用いることにより、メタノール合成
に必要なH2 をより多く得るようにしたものである。な
お、上記COシフト反応装置41では、CO2 が発生す
るが、余分なCO2 は、上記脱炭酸装置33を介装する
ことにより、CO2 を分離する。
に、脱炭酸装置33で除去したCO2はバイオマス21
の搬送ガスとしてもよい。また、燃焼酸化剤12として
投入する酸素を熱交換器16で加温・加湿することを併
用するようにしてもよい。
によれば、コンバスタ部とリダクタとを備えた石炭ガス
化炉のリダクタ又はその後流側にバイオマスを供給し、
石炭のガス化と同時にバイオマスのガス化を行うので、
炭素転換率の向上及び生成ガスの高カロリー化を図るこ
とができると共に、H2 リッチなガスを得ることがで
き、メタノール合成ガスとして用いて好適となる。
おいて、上記バイオマスの供給が石炭と共に予め混合し
た後に供給するので、微粉炭とバイオマスとを安定して
炉内に供給することができる。
おいて、上記バイオマスの供給が石炭の供給と相対向す
る位置で供給するので、リダクタ内において、微粉炭と
バイオマスとが効果的にガス化される。
おいて、上記バイオマスの供給が石炭の供給の後流側で
供給するので、空気不足のなかでバイオマスが供給さ
れ、ガス化反応が促進される。
至4記載のいずれか一項のガス化方法により得られた生
成ガスのガス精製を行うガス精製装置と、該精製後のガ
スを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と
を具備するので、CO、H2のバランスがメタノール合
成に好適となり、メタノール合成の収率を向上すること
ができる。
おいて、ガス化炉内又はガス化炉出口に設けられ、生成
ガス中の炭化水素をCO及びH2 に改質するスチームリ
フォーミング手段を設けたので、メタノール合成に必要
なCO及びH2 を多量に得ることができ、メタノール合
成の収率を向上することができる。
おいて、精製したガス中のH2 とCOガスの組成を調整
するCOシフト反応装置を設けたので、CO、H2 のバ
ランスがメタノール合成に好適となり、メタノール合成
の収率を向上することができる。
至7のいずれか一項において、生成ガス中のCO2 を除
去する脱炭酸装置をメタノール合成装置の上流側へ介装
したので、メタノール合成に不要なCO2 が除去され、
CO、H2 のバランスがメタノール合成に好適となり、
メタノール合成の収率を向上することができる。
図である。
る。
である。
る。
ール合成システムの概略図である。
ール合成システムの概略図である。
ール合成システムの概略図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 コンバスタ部とリダクタとを備えた石炭
ガス化炉のリダクタ又はその後流側にバイオマスを供給
し、石炭のガス化と同時にバイオマスのガス化を行うこ
とを特徴とする石炭のガス化方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記バイオマスの供給が石炭と共に予め混合した後に供
給することを特徴とする石炭のガス化方法。 - 【請求項3】 請求項1において、 上記バイオマスの供給が石炭の供給と相対向する位置で
供給することを特徴とする石炭のガス化方法。 - 【請求項4】 請求項1において、 上記バイオマスの供給が石炭の供給の後流側で供給する
ことを特徴とする石炭のガス化方法。 - 【請求項5】 請求項1乃至4記載のいずれか一項のガ
ス化方法により得られた生成ガスのガス精製を行うガス
精製装置と、 該精製後のガスを用いてメタノールを合成するメタノー
ル合成装置とを具備することを特徴とするバイオマスの
メタノール合成システム。 - 【請求項6】 請求項5において、 ガス化炉内又はガス化炉出口に設けられ、生成ガス中の
炭化水素をCO及びH 2 に改質するスチームリフォーミ
ング手段を設けたことを特徴とするバイオマスのメタノ
ール合成システム。 - 【請求項7】 請求項5において、 精製したガス中のH2 とCOガスの組成を調整するCO
シフト反応装置を設けたことを特徴とするバイオマスの
メタノール合成システム。 - 【請求項8】 請求項5乃至7のいずれか一項におい
て、 生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置をメタノール
合成装置の上流側へ介装したことを特徴とするバイオマ
スのメタノール合成システム。
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