JP2008101141A

JP2008101141A - ガス化ガスの利用方法

Info

Publication number: JP2008101141A
Application number: JP2006285465A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kurita; 雅也栗田; Kazutake Murahashi; 一毅村橋
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】ガス化ガスの発熱量を低下させることなく製鉄所内でエネルギー源として使用されているコークス炉ガス等の製鉄所ガスと混合し、ガス化ガスを有効利用して化石燃料の消費量を削減すること。
【解決手段】ガス化原料をガス化炉１でガス化する際に、ガス化炉１を加熱する燃焼炉２で使用した燃料の燃焼排ガスと、ガス化炉１でガス化されたガス化ガスとを分離回収可能なガス化炉１でガス化してガス化ガスのみを回収し、このガス化ガスを製鉄所内で利用されている可燃性の製鉄所ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックやバイオマス等の有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物を熱分解して得られたガス化ガスの利用方法に関する。

近年、地球環境保全とくに地球温暖化防止の一環として、エネルギーの有効利用が改めて注目されるなかで、廃プラスチックやバイオマス等の有機性廃棄物の持つエネルギーを有効利用する方法として、有機性廃棄物を熱分解し可燃性ガスを得る、いわゆるガス化が注目を集めている。そして、このガス化によって得られた可燃性ガス、すなわちガス化ガスをエネルギー源として有効利用する方法が種々検討されている。

例えば特許文献１には、有機物を流動床炉による部分燃焼法によりガス化し、得られたガス化ガスを製鉄所の高炉ガス及びコークス炉ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用する方法が開示されている。

また、特許文献２〜４には、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で得られたガス化ガスを、製鉄所で使用される燃料ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用する方法が開示されている。

しかし、特許文献１の方法では、有機物を流動床炉による部分燃焼法によりガス化するため、得られたガス化ガスには流動床炉を加熱するために使用された燃料の燃焼排ガスが混入する。したがって、ガス化ガスが燃焼排ガスによって希釈され、その発熱量が低下する。そのため、製鉄所内の設備でエネルギー源と利用するには、発熱量を上げるために高発熱量ガスを多量に混合する必要があり、化石燃料の消費量が必ずしも抑えられるわけではない。

また、特許文献２〜４の方法でも、可燃性廃棄物をガス化溶融炉でガス化するため、得られたガス化ガスにはガス化溶融炉を加熱するために使用された燃料の燃焼排ガスが混入する。したがって、上記特許文献１の方法と同様の問題がある。
特開２００１−２２１４１５号公報特開２００４−１１５７８６号公報特開２００４−２３８５０８号公報特開２００５−２８３０７２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ガス化ガスの発熱量を低下させることなく製鉄所内でエネルギー源として使用されているコークス炉ガス等の製鉄所ガスと混合し、ガス化ガスを有効利用して化石燃料の消費量を削減することにある。

本発明のガス化ガスの利用方法は、有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物をガス化炉でガス化する際に、ガス化炉の加熱又はガス化炉の加熱媒体の加熱に使用した燃料の燃焼排ガスと、ガス化炉でガス化されたガス化ガスとを分離回収可能なガス化炉でガス化してガス化ガスのみを回収し、このガス化ガスを製鉄所内で利用されている可燃性の製鉄所ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用することを特徴とするものである。

このように本発明においては、燃焼排ガスとガス化ガスとを分離回収可能なガス化炉でガス化してガス化ガスのみを回収するので、ガス化ガスが燃焼排ガスによって希釈されることがなく、ガス化ガスの発熱量を高いまま（８ＭＪ／Ｎｍ^３以上）に維持できる。そして、この高発熱量のガス化ガスを製鉄所ガスと混合し、製鉄所ガスの一部を代替させることで、化石燃料の消費量を削減することができる。

ガス化ガスは、製鉄所ガスのうちコークス炉ガス、あるいはコークス炉ガス、高炉ガス、転炉ガスのうち２種以上を混合したミックスガスと混合させることが好ましい。すなわち、コークス炉ガスは製鉄所ガスのうちで最も発熱量が高く、利用時の効率が高いため、このコークス炉ガスの代替としてガス化ガスを利用することで、余剰のコークス炉ガスを、天然ガス、重油等の化石燃料の代替とでき、化石燃料の使用量を削減することができる。また、上記ミックスガスと混合する場合においても、コークス炉ガス等の利用価値の高いガスの使用量を優先的に削減することができ、天然ガス、重油等の化石燃料使用量の削減に寄与できる。

ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合は、製鉄所既存の製鉄所ガスのガスホルダの上流側で行うことが好ましい。廃棄物由来のガス化ガスは廃棄物の成分変動、ガス化炉の操業条件変動等によりガス量、ガス成分が変動する。そこで、ガス化ガスを製鉄所ガスのガスホルダの上流側で混合し、その混合ガスを既存のガスホルダに貯留するようにすることで変動を平滑化することができる。

同様の目的から、ガス化ガスを専用のガスホルダに貯留した後に、製鉄所ガスと混合するようにすることもできる。このように、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に一旦ガスホルダに貯留することで、ガス化ガス自体の変動を平滑化することができ、ガス化ガスの混合による設備への影響を抑制することができる。

また、ガス化ガスの製鉄所ガスに対する混合比率は、０．５〜２０ｖｏｌ％とすることが好ましい。このように、ガス化ガスの製鉄所ガスに対する混合比率を抑制することで、混合後のガスの変動を抑制することができる。

本発明においては、ガス化ガスを天然ガス、都市ガス等の高発熱量ガスと混合し、発熱量が製鉄所ガスと同等になるように調整した後に、製鉄所ガスと混合するようにすることができる。このように、ガス化ガスを発熱量が高く安定したガスと予め混合し、混合先である製鉄所ガスと同様の発熱量になるように調整することにより、ガス化ガスの量の変動、製鉄所ガスの量の変動に対し安定したガス性状を得ることができ、使用先での影響を最小限に抑えることができる。

ガス化ガスを高発熱量ガスと混合する際には、混合前にガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定するようにすることができる。また、混合前にガス化ガスの成分及び量を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスの総発熱量の流入量を演算し、その総発熱量の流入量に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定することもできる。このように、ガス化ガスを高発熱量ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分や量を測定し、その測定値に基づいて混合比率を決定することで、常に安定した発熱量のガスを得ることができる。

また、本発明においては、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいて混合後のガスの発熱量が一定となるように、ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合比率を決定することもできる。また、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいて、混合後のガスの発熱量がガス利用先の設備で利用していたガスの発熱量と同等となるように、ガス化ガスと製鉄所ガス及び／又は高発熱量ガスとの混合比率を決定することもできる。このように、混合後のガスの発熱量が一定になるように調整することで、ガス利用先の設備の改造等を行うことなく、ガス化ガスを利用することができる。

なお、測定するガス化ガスの成分としては、水素濃度、メタン濃度、一酸化炭素濃度のいずれか又は２種以上とすることができる。ガス化ガス中の可燃性ガスは水素、メタン、一酸化炭素が大半で、この３成分を把握することでガスの発熱量が的確に推定できる。また、ガス化ガスの成分の測定は、ガスダクトに設置された連続ガス分析計によって行うことが好ましく、そのなかでもレーザー又は赤外線を利用した連続ガス分析計がとくに好ましい。ガス化ガスの成分を連続的に分析することで、ガス化ガスの成分の変動に対し追従性が高くなる。また、レーザー又は赤外線を用いた分析方法を採用することで、検出までの時間遅れが小さくなり、変動の抑制効果が高くなる。

本発明では、以上のような処理をしてガス化ガスを製鉄所内の設備でエネルギー源として利用するが、その利用先は、製品の製造工程のうち最終工程に使用する設備以外に限ることが好ましい。最終工程に使用する設備ではガスの発熱量等の変動が製品品質に直接影響を及ぼしやすいので、それ以外の設備で優先的に利用することで、ガスの発熱量等の変動が製品品質に及ぼす影響を抑え、結果的にガス化ガスの混合比率を上げることができる。

以上のように本発明によれば、ガス化ガスの発熱量を低下させることなく製鉄所内でエネルギー源として使用されているコークス炉ガス等の製鉄所ガスと混合し、ガス化ガスを有効利用して化石燃料の消費量を削減することができる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す構成図である。本実施例は、ガス化炉１として外熱式のロータリーキルンを使用したものである。

ガス化炉１に投入されたガス化原料（有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物）は、燃焼炉２による間接加熱によりガス化される。このように、本実施例ではガス化炉１として外熱式のロータリーキルンを使用しているので、ガス化炉１でガス化されたガス化ガスと、ガス化炉１を間接加熱する燃焼炉２で使用された燃料の燃焼排ガスとを分離して回収可能であり、ガス化ガスが燃焼排ガスで希釈されることなくガス化ガスのみを回収可能である。

本発明ではこのガス化ガスを製鉄所ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用する。なお、通常、ガス化ガス中にはガス分以外に可燃性の固体物が含まれているので、本実施例では、製鉄所ガスと混合する前に、集塵装置等によって可燃性固体物を捕集し、その捕集した可燃性固体物を燃焼炉２の燃料の一部として使用するようにしている。

図２は本発明の第２実施例を示す構成図である。本実施例は、ガス化炉１として流動床炉を使用したものである。

ガス化炉１に投入されたガス化原料は、ガス化炉１内で加熱媒体（流動媒体）によって加熱されガス化されるが、本実施例では加熱媒体の加熱のために燃焼炉２を設け、加熱媒体をガス化炉１と燃焼炉２との間で循環させるようにしている。

本実施例では、このような構成とすることで、第１実施例と同様に、ガス化炉１でガス化されたガス化ガスと、加熱媒体を加熱する燃焼炉２で使用された燃料の燃焼排ガスとを分離して回収可能であり、ガス化ガスが燃焼排ガスで希釈されることなくガス化ガスのみを回収可能である。また、本実施例においても、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガス中の可燃性固体物を集塵装置等によって捕集し、その捕集した可燃性固体物を燃焼炉２の燃料の一部として使用するようにしている。

図３は本発明の第３実施例を示す構成図である。本実施例も、ガス化炉１として流動床炉を使用したものである。

本実施例でも第２実施例と同様に、加熱媒体の加熱のために燃焼炉２を設け、加熱媒体をガス化炉１と燃焼室２との間で循環させるようにしている。なお、本実施例では、加熱媒体は燃焼炉２の炉頂部から燃焼排ガスとともに排出され、サイクロン等の集塵機３で捕集された後に、ガス化炉１に投入される。

本実施例では、このような構成とすることで、第１及び第２実施例と同様に、ガス化炉１でガス化されたガス化ガスと、加熱媒体を加熱する燃焼炉２で使用された燃料の燃焼排ガスとを分離して回収可能であり、ガス化ガスが燃焼排ガスで希釈されることなくガス化ガスのみを回収可能である。また、本実施例においても、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガス中の可燃性固体物を集塵装置等によって捕集し、その捕集した可燃性固体物を燃焼炉２の燃料の一部として使用するようにしている。

以下、本発明の方法により得られたガス化ガスを製鉄所ガスと混合する具体例を説明する。

図４はガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の一例を示す説明図である。

製鉄所ガスとしては、典型的にはコークス炉ガス（ＣＯＧ）、高炉ガス（ＢＦＧ）及び転炉ガス（ＬＤＧ）があるが、図４の例では、ガス化ガスをコークス炉ガスと混合するようにしている。

コークス炉ガスは、表１に示すように製鉄所ガスのうちで最も発熱量が高く利用価値が高いため、このコークス炉ガスの代替としてガス化ガスを利用することで、余剰のコークス炉ガスを、天然ガス、重油等の化石燃料の代替とでき、化石燃料の使用量を削減することができる。なお、表１には、本発明の方法によって得られたガス化ガス及び各製鉄所ガスの典型的な成分と発熱量を示している。

また、図４の例では、ガス化ガスとコークス炉ガスとの混合は、製鉄所に既存コークス炉ガスのガスホルダ（ＣＯＧガスホルダ）の上流側のガス混合器４で行うようにしている。ガス化ガスはガス化原料の成分変動、ガス化炉の操業条件変動等によりガス量、ガス成分が変動するが、図４の例のようにガス化ガスを製鉄所ガスのガスホルダの上流側で混合し、その混合ガスをガスホルダに貯留するようにすることで変動を平滑化することができる。

なお、ガス化ガスの製鉄所ガスに対する混合比率は、先に説明したとおり、０．５〜２０ｖｏｌ％とすることが好ましい。そして、その利用先は、製品の製造工程のうち最終工程に使用する設備以外に限ることが好ましい。

図５はガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。この図５の例では、ガス化ガスをコークス炉ガスと高炉ガスを混合したミックスガスと混合するようにしている。この例によっても、利用価値の高いコークス炉ガスの使用量を削減することができ、天然ガス、重油等の化石燃料使用量の削減に寄与できる。

図６はガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。この図６の例では、ガス化ガスを貯留する専用のガスホルダ（ガス化ガスホルダ）を設け、ガス化ガスを一旦ガス化ガスホルダに貯留した後に、製鉄所ガスと混合するようにしている。このようにガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に一旦ガス化ガスホルダに貯留することで、ガス化ガス自体の変動を平滑化することができ、ガス化ガスの混合による設備への影響を抑制することができる。

図７はガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。この図７の例では、ガス化ガスをコークス炉ガスと混合する前に、ガス化ガスを天然ガス、都市ガス等の高発熱量ガスと混合し、発熱量がコークス炉ガスと同等になるように調整している。このように、ガス化ガスを発熱量が高く安定したガスと予め混合し、混合先であるコークス炉ガスと同様の発熱量になるように調整することにより、ガス化ガスの量の変動、コークス炉ガスの量の変動に対し安定したガス性状を得ることができ、使用先での影響を最小限に抑えることができる。

図８はガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。この図８の例でも、ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガスを天然ガス、都市ガス等の高発熱量ガスと混合し、発熱量が製鉄所ガスと同等になるように調整している。図８の例では、ガス化ガスをコークス炉ガスと高炉ガスのミックスガスと混合するようにしているので、ガス化ガスを高発熱量ガスと混合することにより、その混合後の発熱量がコークス炉ガスと高炉ガスのミックスガスの発熱量と同等になるように調整する。

図７及び図８で説明したように、ガス化ガスを高発熱量ガスと混合してその発熱量を調整する際には、図９に示すように、混合前にガス化ガスの成分をガスダクトに設置された連続ガス分析計５で測定し、その測定値に基づいて混合後のガスの発熱量が所望の一定値となるように、ガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定することが好ましい。具体的には、連続ガス分析計５の測定値に基づいて高発熱量ガスのガスダクトに設置されたガスバルブ６の開度を調整することによりガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を調整する。

測定するガス化ガスの成分としては、水素濃度、メタン濃度、一酸化炭素濃度のいずれか又は２種以上とする。表１に示したように、ガス化ガス中の可燃性ガスは水素、メタン、一酸化炭素が大半で、この３成分を把握することでガスの発熱量が的確に推定できる。

ガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定するにあたっては、ガス化ガスの成分に加えてガス化ガスの量も測定することが好ましい。すなわち、図１０に示すように、ガス化ガスの成分をガスダクトに設置された連続ガス分析計５で測定するとともにガス化ガスの量をガスダクトに設置された連続ガス流量計７で測定する。そして、これらの測定値に基づいてガス化ガスの総発熱量の流入量を演算器８で演算し、その総発熱量の流入量に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定する。このように、ガス化ガスを高発熱量ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分や量を測定し、その測定値に基づいて混合比率を決定することで、常に安定した発熱量のガスを得ることができる。

なお、図９及び図１０では、ガス化ガスの成分や量を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスの混合比率を決定する方法を示したが、同様の方法により、ガス化ガスと製鉄所ガスの混合比率を決定して混合後の発熱量が一定になるようにすることができる。また、ガス化ガスの成分や量を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスと製鉄所ガスあるいは高発熱量ガスとの混合比率を決定し、混合後の発熱量がガス利用先の設備で利用していたガスの発熱量と同等となるように調整することもできる。このように、混合後のガスの発熱量が一定になるように調整することで、ガス利用先の設備の改造等を行うことなく、ガス化ガスを利用することができる。

本発明の第１実施例を示す構成図である。本発明の第２実施例を示す構成図である。本発明の第３実施例を示す構成図である。ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の一例を示す説明図である。ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合方法の他の例を示す説明図である。ガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率の決定方法を示す説明図である。ガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率の他の決定方法を示す説明図である。

符号の説明

１ガス化炉
２燃焼炉
３集塵機
４ガス混合器
５連続ガス分析計
６ガスバルブ
７連続ガス流量計
８演算器

Claims

有機性廃棄物又は石炭等の固体有機物をガス化炉でガス化する際に、ガス化炉の加熱又はガス化炉の加熱媒体の加熱に使用した燃料の燃焼排ガスと、ガス化炉でガス化されたガス化ガスとを分離回収可能なガス化炉でガス化してガス化ガスのみを回収し、このガス化ガスを製鉄所内で利用されている可燃性の製鉄所ガスと混合し、製鉄所内の設備でエネルギー源として利用するガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを混合する製鉄所ガスがコース炉ガスである請求項１に記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを混合する製鉄所ガスが、コークス炉ガス、高炉ガス、転炉ガスのうち２種以上を混合したミックスガスである請求項１に記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合を製鉄所既存の製鉄所ガスのガスホルダの上流側で行う請求項１〜３のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを専用のガスホルダに貯留した後に、製鉄所ガスと混合する請求項１〜３のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスの製鉄所ガスに対する混合比率を０．５〜２０ｖｏｌ％とする請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを天然ガス、都市ガス等の高発熱量ガスと混合し、発熱量が製鉄所ガスと同等になるように調整した後に、製鉄所ガスと混合する請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを高発熱量ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定する請求項７に記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを高発熱量ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分及び量を測定し、その測定値に基づいてガス化ガスの総発熱量の流入量を演算し、その総発熱量の流入量に基づいてガス化ガスと高発熱量ガスとの混合比率を決定する請求項７に記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいて混合後のガスの発熱量が一定となるように、ガス化ガスと製鉄所ガスとの混合比率を決定する請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを製鉄所ガスと混合する前に、ガス化ガスの成分を測定し、その測定値に基づいて、混合後のガスの発熱量がガス利用先の設備で利用していたガスの発熱量と同等となるように、ガス化ガスと製鉄所ガス及び／又は高発熱量ガスとの混合比率を決定する請求項１〜５のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
測定するガス化ガスの成分が、水素濃度、メタン濃度、一酸化炭素濃度のいずれか又は２種以上である請求項８〜１１のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスの成分の測定を、ガスダクトに設置された連続ガス分析計によって行う請求項８〜１２のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。
連続ガス分析計がレーザー又は赤外線を利用したものである請求項１３に記載のガス化ガスの利用方法。
ガス化ガスを利用する製鉄所内の設備を、製品の製造工程のうち最終工程に使用する設備以外に限る請求項１〜１４のいずれかに記載のガス化ガスの利用方法。