JP2008208260A

JP2008208260A - 燃料ガス化設備

Info

Publication number: JP2008208260A
Application number: JP2007047557A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Murakami; 高広村上; Satoko Aoki; さと子青木; Toshiyuki Suda; 俊之須田; Hidehisa Tani; 秀久谷
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP5040361B2

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と共に、前記燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料を、前記ダウンカマー７から流動層１内底部へ供給される流動媒体の流れに乗せるための合流促進手段１５を具備する。
【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と、
該ガス化炉の上方から流動層内底部へ流動媒体を供給するよう立設されるダウンカマーと、
前記ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に接続され且つ固体燃料を流動層内へ供給する燃料供給管と、
該燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料を、前記ダウンカマーから流動層内底部へ供給される流動媒体の流れに乗せるための合流促進手段と
を備え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り、しかも、合流促進手段により燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料が、ダウンカマーから流動層内底部へ供給される流動媒体の流れに乗って、流動層内全体に拡散しやすくなるため、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、更に、ガス化ガス中のタールの改質が可能となる。

前記燃料ガス化設備においては、前記ガス化炉側面がダウンカマーの一部を形成し且つ燃料供給管がダウンカマーの下端部に接続される形とすることによって、前記合流促進手段を構成することができ、このようにすると、固体燃料をダウンカマー内の流動媒体の下降流に確実に乗せて、流動層内全体に拡散させることが可能となる。

又、前記燃料ガス化設備においては、前記燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料をダウンカマーの下端部近傍に導く傾斜面をガス化炉底部に形成することによって、前記合流促進手段を構成することもでき、このようにすると、燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料は、傾斜面に沿ってダウンカマーの下端部近傍に導かれ、該ダウンカマーから流動層内底部へ供給される流動媒体と一緒に流動層内全体に拡散する。

更に、又、前記燃料ガス化設備においては、前記ガス化炉内部の奥行をダウンカマーの外径と略等しくすると共に、燃料供給管が接続されるガス化炉側面とダウンカマーとの間隔を少なくとも燃料供給管の内径以下にすることによって、前記合流促進手段を構成することもでき、このようにすると、燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料は、燃料供給管が接続されるガス化炉側面とダウンカマーとの間から、該ダウンカマーの下端部に確実に導かれ、該ダウンカマーから流動層内底部へ供給される流動媒体と一緒に流動層内全体に拡散する。

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及び図２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及び図２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すると共に、前記燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料を、前記ダウンカマー７から流動層１内底部へ供給される流動媒体の流れに乗せるための合流促進手段１５を具備した点にある。

本図示例の場合、前記合流促進手段１５は、前記ガス化炉２側面がダウンカマー７の一部を形成し且つ燃料供給管１４がダウンカマー７の下端部に接続される形とすることによって構成してある。尚、前記合流促進手段１５は、図２（ａ）に示す如く、前記ガス化炉２の奥行方向（図２における上下方向）中央部に形成したり、或いは図２（ｂ），（ｃ）に示す如く、前記ガス化炉２の角部に形成することができる。

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り、しかも、前記ガス化炉２側面がダウンカマー７の一部を形成し且つ燃料供給管１４がダウンカマー７の下端部に接続される形とすることによって構成した合流促進手段１５により、燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料は、ダウンカマー７内の流動媒体の下降流に確実に乗って、流動層１内全体に拡散しやすくなるため、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、更に、ガス化ガス中のタールの改質が可能となる。

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３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すると共に、前記燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料をダウンカマー７の下端部近傍に導く傾斜面１６をガス化炉２底部に形成することによって、前記合流促進手段１５を構成したものである。

図３に示す第二例の如く構成すると、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り、しかも、前記燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料をダウンカマー７の下端部近傍に導く傾斜面１６をガス化炉２底部に形成することによって構成した合流促進手段１５により、燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料は、傾斜面１６に沿ってダウンカマー７の下端部近傍に導かれ、該ダウンカマー７から流動層１内底部へ供給される流動媒体と一緒に流動層１内全体に拡散し、この結果、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、更に、ガス化ガス中のタールの改質が可能となる。

こうして、図３に示す第二例の場合にも、図１及び図２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及び図５は本発明を実施する形態の第三例であって、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３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すると共に、前記ガス化炉２内部の奥行Ｄ０をダウンカマー７の外径Ｄ１と略等しくすると共に、燃料供給管１４が接続されるガス化炉２側面とダウンカマー７との間隔Ｄ２を少なくとも燃料供給管１４の内径Ｄ３以下にすることによって、前記合流促進手段１５を構成した点にある。

尚、前記ダウンカマー７は、図５には断面円形の管として示してあるが、図２に示すような断面矩形の管としても良いことは言うまでもない。

図４及び図５に示す第三例の如く構成すると、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り、しかも、前記ガス化炉２内部の奥行Ｄ０をダウンカマー７の外径Ｄ１と略等しくすると共に、燃料供給管１４が接続されるガス化炉２側面とダウンカマー７との間隔Ｄ２を少なくとも燃料供給管１４の内径Ｄ３以下にすることによって構成した合流促進手段１５により、燃料供給管１４から流動層１内へ供給される固体燃料は、燃料供給管１４が接続されるガス化炉２側面とダウンカマー７との間から、該ダウンカマー７の下端部に確実に導かれ、該ダウンカマー７から流動層１内底部へ供給される流動媒体と一緒に流動層１内全体に拡散する。

こうして、図４及び図５に示す第三例の場合にも、図１及び図２に示す第一例や図３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。

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。図１のＩＩ−ＩＩ断面相当図であって、（ａ）は合流促進手段をガス化炉の奥行方向中央部に形成した例、（ｂ），（ｃ）は合流促進手段をガス化炉の角部に形成した例をそれぞれ示す図である。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。図４のＶ−Ｖ断面相当図である。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
１２仕切壁
１４燃料供給管
１５合流促進手段
１６傾斜面
Ｄ０奥行
Ｄ１外径
Ｄ２間隔
Ｄ３内径

Claims

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と、
該ガス化炉の上方から流動層内底部へ流動媒体を供給するよう立設されるダウンカマーと、
前記ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に接続され且つ固体燃料を流動層内へ供給する燃料供給管と、
該燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料を、前記ダウンカマーから流動層内底部へ供給される流動媒体の流れに乗せるための合流促進手段と
を備えたことを特徴とする燃料ガス化設備。
前記ガス化炉側面がダウンカマーの一部を形成し且つ燃料供給管がダウンカマーの下端部に接続される形とすることによって、前記合流促進手段を構成した請求項１記載の燃料ガス化設備。
前記燃料供給管から流動層内へ供給される固体燃料をダウンカマーの下端部近傍に導く傾斜面をガス化炉底部に形成することによって、前記合流促進手段を構成した請求項１記載の燃料ガス化設備。
前記ガス化炉内部の奥行をダウンカマーの外径と略等しくすると共に、燃料供給管が接続されるガス化炉側面とダウンカマーとの間隔を少なくとも燃料供給管の内径以下にすることによって、前記合流促進手段を構成した請求項１記載の燃料ガス化設備。