JP2008208259A - 燃料ガス化設備 - Google Patents

Abstract

【課題】固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得る燃料ガス化設備を提供する。
【解決手段】ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１４を接続し、該燃料供給管１４から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガス化設備に関するものである。

従来より、燃料として、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体燃料を用い、ガス化ガスを生成する燃料ガス化設備の開発が進められている。

図６及び図７は従来の燃料ガス化設備の一例を示すものであって、該燃料ガス化設備は、蒸気、及び空気又は酸素等の流動用反応ガスにより流動媒体（硅砂、石灰石等）の流動層１を形成して投入される固体燃料（石炭、バイオマス等）のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入管３から導入され且つ流動用反応ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５から排ガス管６を介して導入される排ガスより流動媒体を分離し該分離した流動媒体をダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に供給するホットサイクロン等の媒体分離装置８と、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスより流動媒体を分離するホットサイクロン等の媒体分離装置９と、該媒体分離装置９で分離された流動媒体を回収する回収容器１０とを備えてなる構成を有している。

尚、図６及び図７中、１１は前記ガス化炉２の底部へ導入される蒸気及び流動用反応ガスを流動層１内へ均一に吹き込むための分散板、１２は前記ガス化炉２内部における導入管３が接続される部分を下方のみが開放されるように覆うことにより流動層１内の流動媒体が導入管３へ直接流出することを防止するための仕切壁、１３は前記燃焼炉５の底部へ導入される流動用反応ガスを流動層４内へ均一に吹き込むための分散板、１４´はガス化炉２側面における流動層１上面より高い位置に接続された燃料供給管である。

前述の如き燃料ガス化設備においては、ガス化炉２において、蒸気、及び空気又は酸素等の流動用反応ガスにより流動層１が形成されており、ここに石炭、バイオマス等の固体燃料を燃料供給管１４´から投入すると、該固体燃料は部分酸化してガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に導入管３から、流動用反応ガスにより流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの排ガスは、排ガス管６を介してホットサイクロン等の媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記排ガスより流動媒体が分離され、該分離された流動媒体はダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。

ここで、前記ガス化炉２の内部では、ガス化炉２の底部へ供給される蒸気や固体燃料自体から蒸発する水分の存在下で高温が保持されると共に、固体燃料の熱分解によって生成したガスや、その残渣燃料が蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂］が起こり、Ｈ₂やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。

前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、ホットサイクロン等の媒体分離装置９で流動媒体が分離され、該媒体分離装置９で分離された流動媒体は、回収容器１０に回収される。

尚、図６及び図７に示される燃料ガス化設備と類似した装置構成を有するものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００６−２０７９４７号公報

ところで、ガス化炉２の内部において固体燃料のガス化を行う際には、必ずタールや低級炭化水素ガスが発生し、該タールや低級炭化水素ガスが流動媒体と接触することによって改質が行われ、Ｈ₂やＣＯ等のガス化ガスに転換されるが、図６及び図７に示される従来例の如く、ガス化炉２の流動層１の上へ燃料供給管１４´から固体燃料を供給する場合、該固体燃料の微粒子が飛散して流動媒体との接触が充分に行われず、固体燃料の熱分解が完了しにくくなって、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が低くなる一方、Ｃ転換率やＨ転換率もあまり高くすることができないという欠点を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得る燃料ガス化設備を提供しようとするものである。

本発明は、流動用反応ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される固体燃料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉を備え、
該ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成したことを特徴とする燃料ガス化設備にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く、ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成すると、従来例の如く、ガス化炉の流動層の上へ燃料供給管から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くすることが可能となる。更に、ガス化したガスと流動媒体との接触が促進されることで、ガス化ガス中のタールを改質することも可能となる。

前記燃料ガス化設備においては、前記燃料供給管のガス化炉に対する接続部近傍に、固体燃料の流動を促進するための流動ガスが供給される流動用ガス管を接続することができ、このようにすると、固体燃料の流動を促進し、溶融化した固体燃料が燃料供給管の接続部に固着して該燃料供給管が詰まることを防止する上で有効となる。

又、前記燃料ガス化設備においては、前記流動用ガス管が接続される箇所における燃料供給管に、径が拡大されたバッファ部を形成することができ、このようにすると、燃料ガス化設備の規模が大きくなった場合に、単位時間当たりの固体燃料の供給量が増加しても、該固体燃料を一旦、バッファ部に受け入れてから安定して流動層へ供給することが可能となる。

更に又、前記燃料ガス化設備においては、前記バッファ部を、内部に固体燃料の流動層が形成される固体燃料用流動層容器とすることもでき、このようにすると、燃料ガス化設備の規模が大きくなった場合に、単位時間当たりの固体燃料の供給量が増加しても、該固体燃料を一旦、固体燃料の流動層が形成される固体燃料用流動層容器に受け入れてからより安定して流動層へ供給することが可能となる。

本発明の燃料ガス化設備によれば、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得るという優れた効果を奏し得る。

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。

図１は本発明を実施する形態の第一例であって、図中、図６及び図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図６及び図７に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１４を接続し、該燃料供給管１４から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成した点にある。

本図示例の場合、前記燃料供給管１４のガス化炉２に対する接続部近傍には、固体燃料の流動を促進するためのＮ₂や蒸気等の流動ガスが供給される流動用ガス管１５を接続してある。

尚、前記流動用ガス管１５は、傾斜配置される前記燃料供給管１４の下面側に対して、鉛直方向へ延びるよう接続してある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

前述の如く、ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１４を接続し、該燃料供給管１４から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成すると、図６及び図７に示される従来例の如く、ガス化炉２の流動層１の上へ燃料供給管１４´から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くすることが可能となる。更に、ガス化したガスと流動媒体との接触が促進されることで、ガス化ガス中のタールを改質することも可能となる。

ここで、図２は従来例（図６及び図７参照）を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層１上）、即ち、
分散板１１から流動層１上面までの高さ：Ａ＝５８０〜６００［ｍｍ］
分散板１１から燃料供給管１４´までの高さ：Ｂ´＝１１５０［ｍｍ］
流動層１上面から燃料供給管１４´までの高さ：Ｃ´＝５５０〜５７０［ｍｍ］
とした場合と、
本発明を実施する形態の第一例（図１参照）を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層１内）、即ち、
分散板１１から流動層１上面までの高さ：Ａ＝５８０〜６００［ｍｍ］
分散板１１から燃料供給管１４までの高さ：Ｂ＝３５０［ｍｍ］
流動層１上面から燃料供給管１４までの深さ：Ｃ＝２３０〜２５０［ｍｍ］
とした場合と
の間で、冷ガス効率、Ｃ転換率、Ｈ転換率の各々を比較した棒グラフである。

因みに、図２には、従来例（図６及び図７参照）を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層１上）における冷ガス効率、Ｃ転換率、Ｈ転換率の各々を１．０とした相対値で示しており、本発明を実施する形態の第一例（図１参照）を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層１内）における冷ガス効率、Ｃ転換率、Ｈ転換率が各々約１．２倍に増加したことが確認できた。更に、タール濃度が約２０％低下することも確認できた。

尚、特に固体燃料としてバイオマスを使用した場合、該バイオマスは石炭より揮発分が多くガス化しやすいことから、ガス化炉２に対する燃料供給管１４の接続部において、数百［℃］に昇温して溶融化し、それが固着していくと、燃料供給管１４が詰まってしまう虞があるが、本図示例の場合には、燃料供給管１４に接続した流動用ガス管１５からＮ₂や蒸気等の流動ガスが供給され、固体燃料の流動が促進されるため、固体燃料としてたとえバイオマスを使用したとしても、溶融化したバイオマスが燃料供給管１４の接続部に固着せず、該燃料供給管１４が詰まる心配もない。

こうして、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得る。

図３は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図３に示す如く、流動用ガス管１５を傾斜配置される前記燃料供給管１４の下面側に対して、水平方向へ延びるよう接続した点にある。

図３の如く構成しても、図１に示す第一例の場合と同様、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得る。

図４は本発明を実施する形態の第三例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、流動用ガス管１５が接続される箇所における燃料供給管１４に、径が拡大されたバッファ部１６を形成した点にある。

図４に示す如く、流動用ガス管１５が接続される箇所における燃料供給管１４に、径が拡大されたバッファ部１６を形成すると、図６及び図７に示される従来例の如く、ガス化炉２の流動層１の上へ燃料供給管１４´から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くでき、ガス化ガス中のタールを改質することも可能となることに加え更に、燃料ガス化設備の規模が大きくなった場合に、単位時間当たりの固体燃料の供給量が増加しても、該固体燃料を一旦、バッファ部１６に受け入れてから安定して流動層１へ供給することが可能となる。

こうして、図４に示す第三例の場合、図１に示す第一例や図２に示す第二例の場合と同様、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得ることに加え更に、燃料ガス化設備の大規模化にも対応できることとなる。

図５は本発明を実施する形態の第四例であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図５に示す如く、前記バッファ部１６を、内部に分散板１７が配置され且つ固体燃料の流動層１８が形成される固体燃料用流動層容器１９とした点にある。

図５に示す如く、前記バッファ部１６を、内部に分散板１７が配置され且つ固体燃料の流動層１８が形成される固体燃料用流動層容器１９とすると、図６及び図７に示される従来例の如く、ガス化炉２の流動層１の上へ燃料供給管１４´から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くでき、ガス化ガス中のタールを改質することも可能となることに加え更に、燃料ガス化設備の規模が大きくなった場合に、単位時間当たりの固体燃料の供給量が増加しても、該固体燃料を一旦、固体燃料の流動層１８が形成される固体燃料用流動層容器１９に受け入れてからより安定して流動層１へ供給することが可能となる。

こうして、図５に示す第四例の場合、図４に示す第三例の場合と同様、固体燃料の微粒子を飛散させずに流動媒体と充分に接触させることができ、固体燃料の熱分解を確実に完了させて、冷ガス効率の向上と、Ｃ転換率並びにＨ転換率の向上と、ガス化ガス中のタールの改質とを図り得ることに加え更に、燃料ガス化設備の大規模化にもより確実に対応できることとなる。

尚、本発明の燃料ガス化設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、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。

本発明を実施する形態の第一例におけるガス化炉を示す要部構成図である。 従来例を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層上）と、本発明を実施する形態の第一例を模擬して製作した研究室規模の試験装置で行った試験（固体燃料供給位置が流動層内）との間で、冷ガス効率、Ｃ転換率、Ｈ転換率の各々を比較した棒グラフである。 本発明を実施する形態の第二例におけるガス化炉を示す要部構成図である。 本発明を実施する形態の第三例におけるガス化炉を示す要部構成図である。 本発明を実施する形態の第四例におけるガス化炉を示す要部構成図である。 従来の燃料ガス化設備の一例を示す全体概要構成図である。 従来の燃料ガス化設備の一例におけるガス化炉を示す要部構成図である。

符号の説明

１ 流動層
２ ガス化炉
３ 導入管
５ 燃焼炉
７ ダウンカマー
８ 媒体分離装置
１０ 回収容器
１１ 分散板
１４ 燃料供給管
１５ 流動用ガス管
１６ バッファ部
１８ 流動層
１９ 固体燃料用流動層容器

Claims (4)

1. 流動用反応ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される固体燃料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉を備え、
   該ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成したことを特徴とする燃料ガス化設備。
2. 前記燃料供給管のガス化炉に対する接続部近傍に、固体燃料の流動を促進するための流動ガスが供給される流動用ガス管を接続した請求項１記載の燃料ガス化設備。
3. 前記流動用ガス管が接続される箇所における燃料供給管に、径が拡大されたバッファ部を形成した請求項２記載の燃料ガス化設備。
4. 前記バッファ部を、内部に固体燃料の流動層が形成される固体燃料用流動層容器とした請求項３記載の燃料ガス化設備。

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