JP2008156552A - Fluidized bed gasification method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機物原料をガス化する流動層ガス化方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a fluidized bed gasification method and apparatus for gasifying an organic material.
流動層燃焼炉及び流動層ガス化炉を備え、流動層ガス化炉でバイオマス、石炭等の有機物原料のガス化を行い、流動層ガス化炉で生成したチャーを流動層燃焼炉で燃焼させて流動媒体を加熱し、加熱した流動媒体を前記流動層ガス化炉に戻す流動層ガス化装置が提案されている(特許文献1等参照)。 It has a fluidized bed combustion furnace and a fluidized bed gasification furnace, gasifies organic materials such as biomass and coal in the fluidized bed gasification furnace, and burns the char generated in the fluidized bed gasification furnace in the fluidized bed combustion furnace. There has been proposed a fluidized bed gasification apparatus that heats a fluidized medium and returns the heated fluidized medium to the fluidized bed gasification furnace (see Patent Document 1).
図11は上記特許文献1の流動層ガス化装置を示したもので、図中1は、流動層ガス化炉2で有機物原料Mをガス化した際に生成するチャー(ガス化未反応残渣)と流動媒体とを下部に導入するようにした流動層燃焼炉であり、該流動層燃焼炉1は、下部の風箱3に空気管4により供給される空気でチャーと流動媒体を高速で流動化させつつ上昇する間にチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する。5は流動層燃焼炉1の流動層に補助燃料を供給する補助燃料管、6は流動層燃焼炉1内上部に設けた熱回収用の熱交換器である。
FIG. 11 shows the fluidized bed gasification apparatus of the above-mentioned
流動層燃焼炉1の上部は移送管7を介してサイクロンからなる分離器8に接続されており、該分離器8は外筒9と内筒10からなり、移送管7から外筒9内に接線方向に導入された未燃チャーと流動媒体を含む排ガスは遠心分離され、排ガス及び粒径の細かい灰分は内筒10から排出され、粒径の粗い未燃チャーと流動媒体11は、外筒9に接続した降下管12により下部の流動層ガス化炉2に供給されるようになっている。
The upper part of the fluidized
流動層ガス化炉2は、分離器8で分離された流動媒体11を導入する導入部13と、原料供給ライン14から供給された有機物原料Mを流動媒体11の熱でガス化するガス化部15と、導入部13とガス化部15とを流動層16内で連通して導入部13からガス化部15へ流動媒体11を移送させる連通部17と、導入部13、連通部17及びガス化部15の下部に渡って形成されたボックス部18とからなり、そのボックス部18に水蒸気供給ライン19を介してガス化剤としての水蒸気を供給することにより流動層16を形成している。尚、図11において導入部13とガス化部15を連通部17で分けているのは、ガス化部15内で有機物原料Mがガス化されることによる圧力の上昇によって、流動層ガス化炉2内の流動媒体11が分離器8に逆流するのを防止するためである。
The fluidized
ガス化部15では流動層16により有機物原料が加熱されて水分(水蒸気)が除去されると共に、熱分解反応(メタンCH4、タール等の炭化水素CHを含む成分、その他一酸化炭素CO、二酸化炭素CO2、水素H2等の熱分解ガスの生成)と、ガス化反応(水蒸気ガス化の場合は一酸化炭素CO、水素H2が主成分のガス化ガスの生成)とが混在して起こっており、生成ガス20は、排出管21により回収器22に導かれて生成ガス20中に同伴した微粉末23が除去された後、内管24から導出され、例えば、加圧された後ガスタービン等に供給される。
In the
又、ガス化部15でガス化されなかったチャーと流動媒体の一部は、オーバーフロー管25から流動層燃焼炉1に循環され、再度流動燃焼されるようになっている。
しかし、従来の流動層ガス化装置においては、図11に示すように流動層ガス化炉2のガス化部15に有機物原料Mを供給して流動加熱によりガス化するようにしているため、有機物原料Mはしばらくガス化部15の流動層16上に滞留して熱分解反応とガス化反応とが同時進行するが、ガス化部15で生成する生成ガスは直ちに流動層16上部の気相に放出されることになるため、この生成ガス20は流動層16内部の流動媒体11との接触による熱履歴を更に受けることがない。尚、有機物原料Mをガス化する初期には多量のタールが発生するが、このタールも流動媒体11による熱履歴を受けることがないために、分解されることなく生成ガス20と共に排出管21から排出されることになる。
However, in the conventional fluidized bed gasifier, the organic material M is supplied to the
ここで、有機物原料の熱分解反応によって発生するタールは、水性ガス化反応(炭素+水蒸気→一酸化炭素+水素)を阻害する作用があるとの研究報告がある(林ら.Fuel.2005;Volume84:p1612)。 Here, there is a research report that tar generated by thermal decomposition reaction of organic raw materials has an action to inhibit water gasification reaction (carbon + water vapor → carbon monoxide + hydrogen) (Hayashi et al. Fuel. 2005; Volume84: p1612).
このように、ガス化部15において多量のタールが発生することにより、ガス化反応が阻害されるために反応の進行が遅くなってガス生成量が減少することになり、反応時間を長く保持してガス生成量を高めるためにはガス化部15、延いては流動層ガス化炉2の容積を大型化する必要があるという問題がある。
In this way, when a large amount of tar is generated in the
更に、ガス化部15で発生するタールがガス化されずに排出されてしまうことから、ガス化部15でのガス化率が更に低下すると共に、回収器22から取り出される生成ガス20をタール除去装置に導いてタールを除去するためのタール除去装置の負荷が増大するという問題がある。
Furthermore, since the tar generated in the
一方、上記タールの発生を減少させる方法の1つとしては、有機物原料Mをスクリューフィーダ等を用いて流動層16の内部に直接供給することが考えられる。この方法によれば、有機物原料Mと流動媒体との接触が高められるためタールが分解され、よってタールが排出されることによる問題を低減できる効果が期待できる。しかし、このようにスクリューフィーダにて有機物原料Mを流動層16の内部に直接供給するようにした場合には、スクリューフィーダ内で原料の熱分解が起こり、又水蒸気の流入・凝縮によって原料がスクリューフィーダ内で固化する問題があり、このためにスクリューフィーダを安定して運転できないという問題がある。
On the other hand, as one method for reducing the generation of the tar, it is conceivable to supply the organic material M directly into the fluidized
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、流動層ガス化炉を、有機物原料が供給されて熱分解反応によりタールを含む熱分解ガスを生成する室と、熱分解反応によって生成した熱分解残渣を導入してガス化ガスを生成する室とに分けることによって、良質のガス化ガスの生成が高められるようにした流動層ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. A fluidized bed gasification furnace is provided with a chamber in which an organic raw material is supplied and a pyrolysis gas containing tar is generated by a pyrolysis reaction, and a pyrolysis reaction. An object of the present invention is to provide a fluidized bed gasification method and apparatus capable of enhancing the production of high-quality gasification gas by introducing the generated pyrolysis residue into a chamber for generating gasification gas. .
請求項1の発明は、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成し、流動層ガス化炉に有機物原料を供給して有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化方法であって、
流動層ガス化炉を第1室と第2室とで構成し、第1室に有機物原料を供給して熱分解反応により熱分解ガスを生成し、第1室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解残渣を前記第2室の流動層の内部に導入してガス化反応によりガス化ガスを生成することを特徴とする流動層ガス化方法である。
According to the first aspect of the present invention, the char generated during the gasification of the organic material and the fluidized medium are introduced into the fluidized bed combustion furnace, and the char is combusted while the fluidized medium is heated to heat the fluidized medium. Product gas generated by separating the medium with a separator, introducing the separated fluidized medium into a fluidized bed gasification furnace to form a fluidized bed, supplying the organic material to the fluidized bed gasification furnace, and gasifying the organic material Is a fluidized bed gasification method in which a part of char and fluidized medium generated during gasification of organic raw materials is circulated to a fluidized bed combustion furnace,
The fluidized bed gasification furnace is composed of a first chamber and a second chamber. An organic material is supplied to the first chamber to generate pyrolysis gas by a pyrolysis reaction, and the organic material is pyrolyzed in the first chamber. The fluidized bed gasification method is characterized in that the pyrolysis residue generated in this manner is introduced into the fluidized bed of the second chamber and a gasification gas is generated by a gasification reaction.
請求項2の発明は、第1室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給して流動媒体の加熱に供することを特徴とする請求項1に記載の流動層ガス化方法である。
The invention according to
請求項3の発明は、第1室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節して第1室の圧力を制御することにより熱分解残渣を第2室に導入することを特徴とする請求項1又は2に記載の流動層ガス化方法である。
The invention according to
請求項4の発明は、有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素CH含有成分の生成量を計測する試験を予め行ってCH基準値を求めておき、第1室での熱分解反応により生成する炭化水素成分の生成量を計測してCH計測値を得ると共に、第1室に供給する有機物原料の供給量を計測して原料供給量を得、前記CH計測値が、原料供給量とCH基準値から求められるCH予測値に一致することを第1室での熱分解反応の終了の指標とし、CH計測値がCH予測値に一致するように第1室の圧力を制御して熱分解残渣を第2室に導入することを特徴とする請求項3に記載の流動層ガス化方法である。
In the invention of
請求項5の発明は、分離器からの流動媒体を第1室と第2室とに分配して供給し、第1室に供給する流動媒体の供給量を調節することにより第1室の温度を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の流動層ガス化方法である。
According to the invention of
請求項6の発明は、第2室でのガス化反応により生成するタールを計測し、タール計測値がタール設定値と一致することを第1室での熱分解反応の終了の指標とし、タール計測値がタール設定値に一致するように第1室の温度を制御することを特徴とする請求項5に記載の流動層ガス化方法である。
The invention of
請求項7の発明は、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成し、流動層ガス化炉に有機物原料を供給し、有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化装置であって、
流動層ガス化炉を、原料供給装置を備えて有機物原料の熱分解反応を行う第1室と、第1室で有機物原料の熱分解反応により生成した熱分解残渣を流動層の内部に導入してガス化反応を行う第2室とで構成し、第1室の温度を制御する温度制御手段と、第1室で生成した熱分解ガスの取り出しを調節することにより第1室の圧力を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置である。
According to the seventh aspect of the present invention, the char generated during the gasification of the organic material and the fluidized medium are introduced into a fluidized bed combustion furnace and heated while the char is burned to heat the fluidized medium. The generated gas is generated by separating the medium with a separator, introducing the separated fluidized medium into a fluidized bed gasification furnace to form a fluidized bed, supplying the organic material to the fluidized bed gasification furnace, and gasifying the organic material A fluidized bed gasifier that circulates part of the char and fluidized medium generated during the gasification of the organic raw material to the fluidized bed combustion furnace,
A fluidized bed gasification furnace is provided with a raw material supply device for introducing a pyrolysis reaction of an organic raw material into a fluidized bed and a first chamber in which the organic raw material is pyrolyzed. And a second chamber that performs a gasification reaction, temperature control means for controlling the temperature of the first chamber, and control of the pressure in the first chamber by adjusting the extraction of the pyrolysis gas generated in the first chamber. A fluidized bed gasifier comprising a pressure control means for performing the above operation.
請求項8の発明は、第1室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給する熱分解ガス管を備えたことを特徴とする請求項7に記載の流動層ガス化装置である。
The invention of
請求項9の発明は、原料供給装置は、第1室の流動層の上部空間に有機物原料を供給するよう設けられたことを特徴とする請求項7又は8に記載の流動層ガス化装置である。
The invention according to
請求項10の発明は、温度制御手段は、分離器からの流動媒体を第1室と第2室とに分配して供給する分配装置と、第1室内の温度を計測する温度計と、該温度計の検出温度が設定温度になるように前記分配装置により第1室と第2室とに供給する流動媒体の供給量を制御する流動媒体制御器とからなることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1つに記載の流動層ガス化装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, the temperature control means includes a distribution device that distributes and supplies the fluid medium from the separator to the first chamber and the second chamber, a thermometer that measures the temperature in the first chamber, 8. A fluid medium controller for controlling a supply amount of a fluid medium supplied to the first chamber and the second chamber by the distributor so that a temperature detected by a thermometer becomes a set temperature. It is a fluidized bed gasification apparatus as described in any one of -9.
請求項11の発明は、圧力制御手段は、第1室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節するガス取出量制御器であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載の流動層ガス化装置である。
The invention according to
請求項12の発明は、第1室での熱分解反応により生成する炭化水素CH含有成分の生成量を計測するCH計測器からのCH計測値と、原料供給装置により第1室に供給する有機物原料の供給量を計測する原料供給量検出器からの原料供給量と、予め有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素成分の生成量を求めておいたCH基準値とを入力し、前記CH計測値が、CH基準値と原料供給量から求められるCH予測値に一致するように圧力制御手段による圧力を補正するCH補正器を備えたことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1つに記載の流動層ガス化装置である。
The invention of
請求項13の発明は、第2室でのガス化反応により発生するタールの発生量を計測するタール計測器と、該タール計測器からのタール計測値を入力し該タール計測値がタール設定値になるように温度制御手段による温度を補正するタール補正器とを備えたことを特徴とする請求項7〜12のいずれか1つに記載の流動層ガス化装置である。
According to a thirteenth aspect of the present invention, a tar measuring instrument for measuring the amount of tar generated by the gasification reaction in the second chamber, and a tar measured value from the tar measuring instrument are input, and the tar measured value is a tar set value. The fluidized bed gasifier according to any one of
本発明の請求項1〜13に記載の流動層ガス化方法及び装置によれば、第1室に有機物原料を供給して有機物原料の熱分解反応により熱分解ガスを生成し、この時、第1室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節して第1室の圧力を制御することによって熱分解反応で生成した熱分解残渣を第2室の流動層の内部に導入して、第2室でのガス化反応によりガス化ガスを生成させるようにしたので、第1室で熱分解反応が終了した後の熱分解残渣を第2室に導入することによって第2室でのタールの発生が極力抑えられ、よって第2室でのガス化反応が効果的に高められてガス化ガスの生成量を増加できる効果があり、これにより、第2室、延いては流動層ガス化炉を小型化できる効果がある。 According to the fluidized bed gasification method and apparatus of the first to thirteenth aspects of the present invention, the organic material is supplied to the first chamber to generate the pyrolysis gas by the pyrolysis reaction of the organic material, By adjusting the amount of the pyrolysis gas produced in the first chamber and controlling the pressure in the first chamber, the pyrolysis residue produced in the pyrolysis reaction is introduced into the fluidized bed in the second chamber, Since gasification gas is generated by gasification reaction in the chamber, tar is generated in the second chamber by introducing the pyrolysis residue after the pyrolysis reaction in the first chamber into the second chamber. As a result, the gasification reaction in the second chamber can be effectively enhanced and the amount of gasification gas generated can be increased. There is an effect that can be miniaturized.
更に、第1室で生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給して流動媒体の加熱に供するようにしたので、従来のように流動層燃焼炉におけるチャー(ガス化未反応残渣)の燃焼熱のみで流動媒体を加熱昇温している場合に比して、熱分解ガスの燃焼熱が加えられる分流動層燃焼炉でのチャーの燃焼量は少なくて済み、よって、燃焼減少分を見込んで流動層ガス化炉でのガス化量を増加できるため、ガス化ガスの生成量が増大するという効果がある。 Furthermore, since the pyrolysis gas generated in the first chamber is supplied to the fluidized bed combustion furnace to be used for heating the fluidized medium, char (gasification unreacted residue) is combusted in the fluidized bed combustion furnace as in the past. Compared to the case where the fluidized medium is heated and heated only with heat, the amount of char combustion in the fluidized bed combustion furnace can be reduced because the combustion heat of the pyrolysis gas is added. Since the gasification amount in the fluidized bed gasification furnace can be increased, the production amount of gasification gas is increased.
又、第2室で熱分解残渣をガス化することにより生成されるガス化ガスは従来に比べてタールやメタンCH4等が少なく、一酸化炭素CO、水素H2の割合が多くなるため、ガス化ガスの化学原料や液体燃料の合成用ガスとしての利用価値が高い良質のガス化ガスを生成できる効果がある。 In addition, the gasification gas generated by gasifying the pyrolysis residue in the second chamber has less tar and methane CH 4 and the like, and the ratio of carbon monoxide CO and hydrogen H 2 is larger than the conventional gas. There is an effect that it is possible to generate a high-quality gasification gas having a high utility value as a gas for synthesis of gasification gas or a liquid fuel.
又、ガス化ガスに含有されるタールが減少するため、タールを除去するための後処理の負荷も低減できる効果がある。 Moreover, since the tar contained in the gasification gas decreases, there is an effect that the post-treatment load for removing the tar can also be reduced.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すフローチャートであり、基本的な構成は図11のものと略同様であり、図11と同一の部分には同じ符号を付して説明は省略し、以下では本発明の特徴部分についてのみ詳述する。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of an embodiment of the present invention. The basic configuration is substantially the same as that in FIG. 11, and the same parts as those in FIG. Hereinafter, only the features of the present invention will be described in detail.
図1、図2に示すように、内部に流動層16が形成される流動層ガス化炉2は、内側上部から流動層16内部に亘って延設した分離壁30によって第1室31と第2室32とに区画している。この時、流動層ガス化炉2の下部に水蒸気、空気等のガス化剤を導入するボックス部18と前記分離壁30の下端との間には、流動層16内部を通して第1室31と第2室32とを連通するようにした連通部33を形成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the fluidized
前記第1室31には流動層16上部の空間に有機物原料Mを供給するためのスクリューフィーダ等の原料供給装置34を設ける。
The
上記構成において、原料供給装置34により第1室31に供給された有機物原料Mは、第1室31内の流動層16の流動媒体により加熱されて水分が除去され、更に熱分解反応が行われてメタンCH4、タール等の炭化水素CHを含む成分が生成すると共に、その他一酸化炭素CO、二酸化炭素CO2、水素H2等を含む熱分解ガスが生成されるようにしている。
In the above configuration, the organic raw material M supplied to the
更に、第1室31において有機物原料Mの熱分解反応時に生成する熱分解残渣M'は、白抜き矢印で示すように前記分離壁30下部の連通部33を潜るように流動層16内部を通って第2室32に導かれ、第2室32の流動層16による加熱によりガス化反応がわれ、ガス化剤が水蒸気の場合には一酸化炭素CO、水素H2を主成分とするガス化ガスが生成されるようにしている。この時、第2室32で生成したガス化ガス35はガス化ガス管36により取出され、サイクロン等からなる固形分除去装置37に導かれて固形分が除去された後、ガス処理装置38を介してガス化ガス取出ファン39に導かれるようになっている。
Further, the thermal decomposition residue M ′ generated during the thermal decomposition reaction of the organic raw material M in the
尚、前記第1室31と第2室32は、前記したように流動層ガス化炉2内に分離壁30を設けることによって形成する以外の方法によっても形成することができる。例えば、図3に示すように、別体に構成した第1室31と第2室32を流動層16内の下部位置で連通路40により接続し、第1室31での熱分解反応によって生成した熱分解残渣M'及び流動媒体を、連通路40を通して第2室32に供給するようにしたり、図4に示すように、別体に構成した第1室31と第2室32を、第1室31での熱分解反応によって生成した熱分解残渣M'及び流動媒体がオーバーフロー管41によって第2室32の流動層16の内部に供給されるようにしたり、図5に示すように、流動層ガス化炉2内に区画壁42を設け、且つ流動層16内下部に連通部43を設けるようにして第1室31と第2室32を形成するようにしてもよい。
The
ここで、前記分割壁30や区画壁42については、金属板としてもよいが、より耐久性を向上させるために水冷管で構成された水冷壁や、更に耐火レンガを施す構造にすることもできる。
Here, the
図1の流動層燃焼炉1からの流動媒体と未燃のチャーを含む排ガスは、移送管7によりサイクロンからなる分離器8に導かれて排ガスが分離され、排ガスは排ガス処理装置44を介して排ガスファン45に導かれるようになっている。
The exhaust gas containing the fluidized medium and the unburned char from the fluidized
上記したように、第1室31では熱分解反応を行わせ、第2室32では第1室31で熱分解反応によって生成した熱分解残渣M'のガス化反応を行わせるようにするためには、先ず第1室31で熱分解反応が終了したことを知る必要があり、このために、本発明者らは第1室31で熱分解反応が終了したことを知ることができ指標となるものを見出すための実験を図6に示す試験装置を用いて行った。
As described above, the
図6に示すように、砂aを挿入した容器bの下部にガス化剤として水蒸気cを3.0g/minの供給量で供給することにより流動層を形成し、容器bを外部に設けた電気炉dで砂層温度が830℃になるように加熱した状態において、前記容器bの内部に石炭e(褐炭)1.8g(水分35%)を一度に投入(連続投入ではない)してガス化を行い、その時生成するガスfの水素H2と、二酸化炭素CO2と、一酸化炭素COと炭化水素CH(mol−C/kg)の各ガス成分の積算量を計測した。その結果を図7に示した。
As shown in FIG. 6, a fluidized bed was formed by supplying water vapor c as a gasifying agent at a supply rate of 3.0 g / min to the lower part of a container b into which sand a was inserted, and the container b was provided outside. In a state where the sand layer temperature is heated to 830 ° C. in the electric furnace d, 1.8 g of coal e (brown coal) (
図7の結果から、水素H2と、二酸化炭素CO2と、一酸化炭素COは、石炭eの投入後時間の経過と共に生成量が増加しているのに対し、炭化水素CHは石炭eの投入から1分前後で生成が終了しその後は生成されないことが判明した。このように炭化水素CHは石炭eの投入から1分前後の短い時間に生成が終了してしまうので、炭化水素CHの生成が完了する時点を「熱分解反応が終了した時」とすることを考えた。又、前記炭化水素CHの生成が完了した時点では、水分は乾燥され、タールの発生も略終了していることが判明した。 From the results shown in FIG. 7, hydrogen H 2 , carbon dioxide CO 2 , and carbon monoxide CO increased in production amount with the lapse of time after charging coal e, whereas hydrocarbon CH represents coal e. It was found that the generation was completed in about 1 minute after the addition and was not generated after that. As described above, since the generation of the hydrocarbon CH is completed in a short time of about 1 minute from the input of the coal e, the time point when the generation of the hydrocarbon CH is completed is defined as “when the thermal decomposition reaction is completed”. Thought. It was also found that when the production of the hydrocarbon CH was completed, the moisture was dried and the generation of tar was almost finished.
従って、上記実験の結果から石炭単位当たりの炭化水素CHの生成量であるCH基準値を求めることができる。 Therefore, the CH reference value, which is the amount of hydrocarbon CH produced per coal unit, can be obtained from the results of the experiment.
従って、原料供給装置34によって第1室31に連続供給する有機物原料Mの供給量を計測して該原料供給量に前記CH基準値を掛け算すると、第1室31で生成される炭化水素CHの生成量を推測することができる。従って、第1室31で生成される炭化水素CHの生成量を計測して、このCH計測値が前記CH推測値に一致するように炭化水素CHの生成量を調整すれば、第1室において熱分解反応が終了した状態に保持できることを見出した。
Therefore, when the supply amount of the organic raw material M continuously supplied to the
上記第1室31で生成する炭化水素CHの生成量を調整するための構成としては、第1室31の温度を制御するための温度制御手段100と、第1室31の圧力を制御して第1室31で生成した熱分解残渣M'が第2室32に導かれるまでの滞留時間を制御するための圧力制御手段200とを備えた。
As a configuration for adjusting the amount of hydrocarbon CH produced in the
温度制御手段100は次のように構成される。 The temperature control means 100 is configured as follows.
図1、図2に示す如く、分離器8で分離した未燃チャーを含む流動媒体11が降下する降下管12には分配装置46を設け、該分配装置46には分配管47,48を接続して、降下管12の流動媒体11を第1室31と第2室32とに分配して供給するようにしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
更に、前記第1室31には、該第1室31内上部の温度を検出する温度計49を設置し、該温度計49の検出温度が所定の設定温度T1になるように前記分配装置46により分配管47,48を介して第1室31と第2室32とに供給する流動媒体11の供給量を制御する流動媒体制御器50を設けている。ここで、前記流動媒体制御器50に設定される設定温度T1は、例えば900℃前後に加熱されて降下してくる流動媒体11が第1室31に供給されることによって、有機物原料Mの乾燥と熱分解反応を行う温度である。即ち、設定温度T1は例えば第2室32でのガス化反応時の温度である約830℃よりも低い温度の600〜800℃前後(例えば780℃)に設定するようにしている。
Further, wherein the
尚、前記分配装置46には、図8に示すように降下管12にコントロールダンパ51を備えてダンパ角度を流動媒体制御器50からの信号によって制御するようにしたものを用いることができ、又、図9に示すように降下管12から水平分岐した分配管47,48の水平部の夫々の内底部に空気を噴出するバブリング装置52a,52bを設け、各バブリング装置52a,52bに空気を供給する空気管53a,53bに設けた流量調節弁54a,54bの夫々の開度を流動媒体制御器50からの信号によって制御するようにしたもの等を用いることができる。図9の場合はバブリング装置52a,52bからの空気の噴出を停止すると対応する分配管47,48への流動媒体11の供給は停止され、空気の噴出を増加すると流動媒体11の供給量は増加されるので、これによって流動媒体11の振り分けが調整できる。
As the
又、圧力制御手段200は次のように構成される。 The pressure control means 200 is configured as follows.
図1の第1室31の上部には、第1室31内で生成した熱分解ガス55を取り出すための熱分解ガス管56が接続されている。熱分解ガス管56から取り出される熱分解ガス55は、種々の利用場所に供給するようにしてもよく、又、第2室32からのガス化ガス35と混合して用いてもよく、又廃棄してもよい。図1の形態では熱分解ガス管56はエゼクタ57を介して流動層燃焼炉1に供給するようにしている。エゼクタ57には空気管58を介して空気を供給する空気ファン59を接続し、該空気ファン59によってエゼクタ57に空気を供給することにより熱分解ガス管56の熱分解ガス55を同伴して流動層燃焼炉1に供給できるようにしている。更に、第1室31には、該第1室31内の圧力を検出する圧力計60を設け、該圧力計60の検出圧力が所定の設定圧力P1に保持されるように空気ファン59を制御し、エゼクタ57により第1室31から取り出す熱分解ガス55の取出量を調整して第1室31の圧力を制御するようにしたガス取出量制御器61を設けている。
A
そして、図1においては、前記したように第1室31において生成される炭化水素成分(CH)を指標として、圧力制御手段200による圧力の制御を補正する構成を備えている。
In FIG. 1, as described above, the control of pressure by the pressure control means 200 is corrected using the hydrocarbon component (CH) generated in the
即ち、第1室31での熱分解反応により生成する炭化水素CH含有成分の生成量を計測するCH計測器62を設けると共に、原料供給装置34により第1室31に供給する有機物原料Mの供給量を計測する原料供給量検出器63を設け、前記CH計測器62からのCH計測値64と、原料供給量検出器63からの原料供給量65と、前記実験によって得たCH基準値66とをCH補正器67に入力している。CH補正器67では、前記原料供給量65とCH基準値66とを掛け算することによってCH予測値Xを求め、前記CH計測値64がCH予測値Xに一致するようにガス取出量制御器61に制御信号68を送って圧力制御手段200による圧力の制御を補正するようにしている。即ち、CH計測値64がCH予測値Xに対して低い場合には、第1室31での有機物原料Mの滞留時間が短いのであるから、ガス取出量制御器61の設定圧力P1を低くする補正を行って、空気ファン59によるエゼクタ57への空気供給量を減少させて第1室31から流動層燃焼炉1に供給する熱分解ガス55の取り出し量を減少させるようにしている。これにより、第1室31の圧力が下げられて第1室31での有機物原料Mの滞留時間が長く保持されることによって第1室31での熱分解反応が終了されるようになる。
In other words, a
尚、上記形態では第1室31の熱分解ガス55を、エゼクタ57と空気ファン59により流動層燃焼炉1に供給する場合について示したが、熱分解ガス管56に図示しない取出ファンを設置し、該取出ファンによって分解ガス55を流動層燃焼炉1に供給するようにしたり、或いは分解ガス55を他の利用場所に供給したり、又、第2室32からのガス化ガス35に混合するように供給したり、或いは廃棄場所に供給するようにしてもよく、又、この場合にも前記したガス取出量制御器61及びCH補正器67の構成を備えて第1室31の圧力を制御することができる。
In the above embodiment, the case where the
図1に示した形態の作動を説明する。 The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
流動層ガス化炉2底部のボックス部18に水蒸気、空気等のガス化剤を供給して流動層16を形成した状態において、原料供給装置34により第1室31に有機物原料Mを定量供給する。この時、第1室31内上部の温度を検出している温度計49からの検出温度が流動媒体制御器50に入力され、該流動媒体制御器50は、前記温度計49による第1室31の検出温度が有機物原料Mの熱分解に適した設定温度T1(例えば780℃)になるように前記分配装置46を調節して分配管47,48を介し第1室31と第2室32とに分配する流動媒体11の供給量を制御する。
In a state where a fluidizing
更に、第1室31内上部の圧力を検出している圧力計60からの検出圧力がガス取出量制御器61に入力され、該ガス取出量制御器61は、前記圧力計60による検出圧力が第1室31で有機物原料Mが熱分解されるのに適した滞留時間になるように設定された設定圧力P1を保持するように、空気ファン59によりエゼクタ57に送る空気量を調節して第1室31から流動層燃焼炉1に導く熱分解ガス55の取出量を制御する。
Furthermore, the detected pressure from the
上記温度制御手段100の流動媒体制御器50によって第1室31の温度が設定温度T1に制御され、圧力制御手段200のガス取出量制御器61によって第1室31の圧力が設定圧力P1に制御されることにより、第1室31に供給された有機物原料Mは、第1室31内での滞留時間が調整されることにより熱分解反応が行われ、熱分解反応で生成した熱分解ガス55はエゼクタ57により流動層燃焼炉1に供給され、熱分解反応で生成した熱分解残渣M'は白抜き矢印のように分離壁30下部の連通部33を潜るように流動層16の内部を通って第2室32に導かれる。
The temperature of the
上記において、第1室31で熱分解反応が終了していない場合には、第2室32において熱分解反応が起こることによって第2室32で発生するタールが増加してしまう問題がある。
In the above, when the thermal decomposition reaction is not completed in the
しかし、図1に示すように、第1室31で生成される炭化水素CHの生成量を計測しているCH計測器62からのCH計測値64と、原料供給量検出器63からの原料供給量65と、前記実験によって得られたCH基準値66とをCH補正器67に入力しており、CH補正器67は、前記原料供給量65とCH基準値66とを掛け算することによってCH予測値Xを求め、前記CH計測値64がCH予測値Xに一致するようにガス取出量制御器61に制御信号68を送って圧力制御手段200による圧力の制御を補正している。
However, as shown in FIG. 1, the
従って、CH計測値64がCH予測値Xに対して低い場合には、第1室31での有機物原料Mの滞留時間が短いので、ガス取出量制御器61の設定圧力P1を低くする補正を行い、これにより空気ファン59によるエゼクタ57への空気供給量を減少して第1室31から流動層燃焼炉1に供給する熱分解ガス55の取り出し量を減少することによって、第1室31の圧力を低下させる。これにより、第1室31での有機物原料Mの滞留時間が長く保持されることにより第1室31での熱分解反応が終了するようになる。
Therefore, when the
上記したように、第1室31に有機物原料Mを供給して有機物原料Mの熱分解反応により熱分解ガス55を生成させ、生成した熱分解ガス55は流動層燃焼炉1に供給して流動媒体の加熱に供し、この時、流動層燃焼炉1に供給する熱分解ガス55の供給量を調整して第1室31の圧力を制御することで熱分解反応により生成した熱分解残渣M'を第2室32の流動層16の内部に導入し、第2室32でのガス化反応によりガス化ガス35を生成させるようにしたので、第1室31で熱分解反応が終了した後の熱分解残渣M'が第2室32に導入されるために、第2室32でのタールの発生量が極力抑えられ、よって第2室32でのガス化反応が効果的に行われることによってガス化ガス35の生成量を増加することができ、これにより、第2室32、延いては流動層ガス化炉2を小型化することができる。
As described above, the organic material M is supplied to the
この時、CH補正器67によりガス取出量制御器61を制御して圧力制御手段200による圧力の制御を補正するので、第1室31において熱分解反応が終了するように制御できるため、第2室32においてガス化反応によって利用価値の高い良質のガス化ガス35が生成されるようになる。
At this time, since the control of the pressure by the pressure control means 200 is corrected by controlling the gas
更に、第1室31で生成した熱分解ガス55を流動層燃焼炉1に供給して流動媒体の加熱に供するようにしたので、従来のように流動層燃焼炉におけるチャー(ガス化未反応残渣)の燃焼熱のみで流動媒体を加熱昇温している場合に比して、熱分解ガス55の燃焼熱が加えられる分流動層燃焼炉1でのチャーの燃焼量は少なくて済み、よって、燃焼減少分を見込んで流動層ガス化炉でのガス化量を増加できるため、ガス化ガス35の生成量が増大するようになる。よって燃焼に利用されないチャーは再び第2室32に導かれてガス化されることになるため、ガス化ガス35の生成量が増大するようになる。
Further, since the
又、第2室32において熱分解残渣M'をガス化して生成されるガス化ガス35は従来に比べてタールやメタンCH4等が少なく、一酸化炭素CO、水素H2の割合が多くなるため、ガス化ガス35は化学原料や液体燃料の合成用ガスとしての利用価値が高められる。
Further, the
又、ガス化ガス35に含有されるタールが減少するため、タールを除去するための後処理の負荷も低減されるようになる。
Further, since the tar contained in the
図10は本発明を実施する形態の他の例を示したものである。図10では、図1に示した炭化水素CHを指標とすることに代えて、第2室32でのガス化反応時に発生するタールの発生量を指標として第1室31で熱分解反応が終了したことを判断するようにしている。即ち、ガス化ガス管36から取り出されるガス化ガス35中のタールの発生量を計測するタール計測器69を設け、該タール計測器69からのタール計測値70をタール補正器72に入力している。
FIG. 10 shows another example of an embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 10, instead of using the hydrocarbon CH shown in FIG. 1 as an index, the pyrolysis reaction is completed in the
タール補正器72は、第1室31の温度が流動媒体制御器50によって設定温度T1に保持されている場合には、ガス取出量制御器61に制御信号73を送って圧力制御手段200による圧力の制御を補正することで第1室31での熱分解反応が終了するように制御し、又、第1室31の圧力がガス取出量制御器61によって設定圧力P1に保持されている場合には、流動媒体制御器50に制御信号74を送って温度制御手段100による温度の制御を補正することで第1室31での熱分解反応が終了するように制御することができる。
When the temperature of the
ここで、前記タールは連続して計測することができないため、タールを指標としたタール補正器72による制御の補正は間欠的となるが、この方法においても、第1室31で熱分解反応が終了するように制御することができる。
Here, since the tar cannot be measured continuously, the correction of the control by the
更に、図1に示した炭化水素CHを指標とするCH補正器67を備える構成に加えて、図10に示したタールを指標とするタール補正器72をバックアップとして備えた構成とすれば、第1室31での熱分解反応が終了するように更に高い精度で制御することができるようになる。
Further, in addition to the configuration provided with the
尚、本発明の流動層ガス化方法及び装置は、種々の有機物原料のガス化に用い得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, the fluidized bed gasification method and apparatus of the present invention can be used for gasification of various organic raw materials, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 流動層燃焼炉
2 流動層ガス化炉
8 分離器
11 流動媒体
16 流動層
31 第1室
32 第2室
34 原料供給装置
35 ガス化ガス
46 分配装置
49 温度計
50 流動媒体制御器
55 熱分解ガス
56 熱分解ガス管
60 圧力計
61 ガス取出量制御器
62 CH計測器
63 原料供給量検出器
64 CH計測値
65 原料供給量
66 CH基準値
67 CH補正器
69 タール計測器
70 タール計測値
72 タール補正器
100 温度制御手段
200 圧力制御手段
M 有機物原料
M' 熱分解残渣
P1 設定圧力
T1 設定温度
X CH予測値
DESCRIPTION OF
Claims (13)
流動層ガス化炉を第1室と第2室とで構成し、第1室に有機物原料を供給して熱分解反応により熱分解ガスを生成し、第1室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解残渣を前記第2室の流動層の内部に導入してガス化反応によりガス化ガスを生成することを特徴とする流動層ガス化方法。 Char and fluidized media generated during gasification of organic materials are introduced into a fluidized bed combustion furnace and heated while the char is burned to heat the fluidized medium, and the fluidized medium from the fluidized bed combustion furnace is separated by a separator. Then, the separated fluidized medium is introduced into a fluidized bed gasification furnace to form a fluidized bed, an organic material is supplied to the fluidized bed gasification furnace, and a product gas generated by gasification of the organic material is taken out. A fluidized bed gasification method for circulating a part of char and fluidized medium generated during gasification to a fluidized bed combustion furnace,
The fluidized bed gasification furnace is composed of a first chamber and a second chamber. An organic material is supplied to the first chamber to generate pyrolysis gas by a pyrolysis reaction, and the organic material is pyrolyzed in the first chamber. A fluidized-bed gasification method comprising introducing the pyrolysis residue generated in this way into the fluidized bed of the second chamber and generating a gasification gas by a gasification reaction.
流動層ガス化炉を、原料供給装置を備えて有機物原料の熱分解反応を行う第1室と、第1室で有機物原料の熱分解反応により生成した熱分解残渣を流動層の内部に導入してガス化反応を行う第2室とで構成し、第1室の温度を制御する温度制御手段と、第1室で生成した熱分解ガスの取り出しを調節することにより第1室の圧力を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置。 Char and fluidized media generated during gasification of organic materials are introduced into a fluidized bed combustion furnace and heated while the char is burned to heat the fluidized medium, and the fluidized medium from the fluidized bed combustion furnace is separated by a separator. Then, the separated fluidized medium is introduced into a fluidized bed gasification furnace to form a fluidized bed, an organic material is supplied to the fluidized bed gasification furnace, a product gas generated by gasification of the organic material is taken out, and an organic material A fluidized bed gasifier that circulates a part of char and fluidized medium generated during gasification to a fluidized bed combustion furnace,
A fluidized bed gasification furnace is provided with a raw material supply device for introducing a pyrolysis reaction of an organic raw material into a fluidized bed and a first chamber in which the organic raw material is pyrolyzed. And a second chamber that performs a gasification reaction, temperature control means for controlling the temperature of the first chamber, and control of the pressure in the first chamber by adjusting the extraction of the pyrolysis gas generated in the first chamber. A fluidized bed gasifier comprising a pressure control means.
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