JP2009013184A - ガス化システム - Google Patents

Abstract

【課題】炭素系原料の資源を最大限に活用して実利性を高めることができるようにしたガス化システムを提供する。
【解決手段】高温の循環粒子２とガス化剤３との存在下で炭素系原料５をガス化してガス化ガス１７を生成する流動層ガス化炉１と、流動層ガス化炉１でのガス化時に生成したチャーを導入して燃焼することにより循環粒子を加熱する燃焼炉９と、燃焼炉９からの燃焼ガス１０を分離器１１に導いて排ガス１２と循環粒子２とに分離し循環粒子２を流動層ガス化炉１に戻すようにしたガス化システムであって、流動層ガス化炉１からのガス化ガス１７を導入してＨ_２、ＣＯリッチな高品位ガス２１を生成する高温改質炉１９と、高温改質炉１９での改質時に生成した煤２２を導入して機能性材料２４を製造する材料製造装置２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素系原料の資源を最大限に活用するようにした実利性の高いガス化システムに関するものである。

活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等の炭素系の機能性材料を、天然ガスを原料として製造する技術は従来から確立されている。

しかし、近年の天然ガス価格の高騰から、上記機能性材料を石炭等の安価な原料から製造することが求められるようになってきている。

石炭から炭素系の機能性材料を製造する方法としては特許文献１、２がある。特許文献１は酸素Ｏ_２を用いて石炭をガス化し、ガス化ガスをガスクーラに導き発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電を行い、更にガス化ガスからグラファイトナノファイバを製造し、ガス化ガスの余剰分でガスタービンを駆動して発電を行うものである。又、特許文献２は、石炭ガス化ガスを変換炉に導いて二酸化炭素を一酸化炭素に変換し、この一酸化炭素を炭素源としてとして化学気相成長法（ＣＶＤ法）により単層カーボンナノチューブを製造するものである。
特開２００３−１２０３２３号公報 特開２００６−０２７９４９号公報

しかし、特許文献１は、石炭のガス化を酸素で行うものであるため、多量の酸素を必要として運転コストが増大する問題があり、又、特許文献２は、石炭ガス化ガスを変換炉に導いて二酸化炭素を一酸化炭素に変換し、この一酸化炭素を炭素源として単層カーボンナノチューブを製造するのみであり、特許文献１、２のいずれにおいても、炭素系原料のガス化ガスを改質して高品位ガスを得ると共に改質時に生成する煤を用いて有用な機能性材料を製造することについては記載されておらず、更に、炭素系材料の資源を使い切るようにして実利性を高めることができたガス化システムについても記載されていない。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、炭素系原料の資源を最大限に活用して実利性を高めることができるようにしたガス化システムを提供することを目的とする。

本発明は、高温の循環粒子とガス化剤との存在下で炭素系原料をガス化してガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉でのガス化時に生成したチャーを導入して燃焼することにより循環粒子を加熱する燃焼炉と、燃焼炉からの燃焼ガスを分離器に導いて排ガスと循環粒子とに分離し循環粒子を前記流動層ガス化炉に戻すようにしたガス化システムであって、流動層ガス化炉からのガス化ガスを導入してＨ_２、ＣＯリッチな高品位ガスを生成する高温改質炉と、該高温改質炉での改質時に生成した煤を導入して機能性材料を製造する材料製造装置とを有することを特徴とするガス化システム、に係るものである。

上記ガス化システムにおいて、高温改質炉からの高温の高品位ガスと熱交換して熱回収する熱回収手段を有することは好ましい。

又、上記ガス化システムにおいて、分離器で分離した排ガスの熱を回収する熱回収手段を有することは好ましい。

本発明のガス化システムによれば、炭素系原料のガス化により生成するガス化ガスを改質して高品位ガスを得ると共に改質時に生成する煤を用いて有用な機能性材料を製造することができ、更に、高温の高品位ガスから熱回収し、又、排ガスの排熱を回収することにより、炭素系原料の資源を最大限に活用した実利性の高いガス化システムを提供することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の形態例を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明のガス化システムの一例を示す概略構成図であり、このガス化システムにおいては、高温の循環粒子２と水蒸気等のガス化剤３の存在下で炭素系原料供給装置４から供給される炭素系原料５を流動層６によりガス化する流動層ガス化炉１と、流動層ガス化炉１でガス化時に生成したチャーと循環粒子とを供給管７を介して導入し空気８により燃焼することにより循環粒子２を加熱する燃焼炉９を備えている。更に、燃焼炉９からの燃焼ガス１０を導入して循環粒子２と排ガス１２とに分離する分離器１１を備えており、分離器１１で分離した循環粒子２は流動層ガス化炉１に戻して循環させるようにしている。前記流動層ガス化炉１では循環粒子２によって例えば８００℃以上の温度に保持されて炭素系原料５のガス化を行うようになっており、又、燃焼炉では９００℃以上の温度で循環粒子２を加熱するようになっている。

前記炭素系原料供給装置４は、流動層ガス化炉１内の圧力を保持（シール）した状態で石炭、石油残渣、ペトロコークス、重質油等の炭素系原料５を供給するようになっている。

前記分離器１１で分離された排ガス１２は、熱回収手段１３に導いて熱回収するようにしている。図１に示す熱回収手段１３は、排ガス１２と水を熱交換して蒸気を発生する熱交換器１４（ボイラ）と、該熱交換器１４からの蒸気により発電機１５を回転させる蒸気タービン１６を備えて電気を生産する場合を示している。尚、熱回収手段１３は発電せずに熱交換器１４によって得た水蒸気を他の目的に利用するようにしてもよい。例えば熱交換器１４によって得た水蒸気を流動層ガス化炉１にガス化剤３として供給するようにしてもよい。

前記流動層ガス化炉１で生成されるガス化ガス１７は、一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２を主成分とし、それにメタンＣＨ_４等の炭化水素、二酸化炭素ＣＯ_２等とタールが混在したものであり、流動層ガス化炉１から取り出されたガス化ガス１７は、分離器１８に導かれて固形分が除去された後、高温改質炉１９に供給されて改質される。ここで、前記分離器１８で分離された炭素を含む固形分は、燃焼炉９へ供給して燃焼炉９の熱源に利用することができる。

高温改質炉１９には酸素２０が供給されていて、前記ガス化ガス１７のタールの改質と炭化水素Ｃ_ｍＨ_ｎの分解を行うようになっており、この改質によってＨ_２、ＣＯリッチな高品位ガス２１が生成されるようになっている。ここで、高温改質炉１９に導入されるガス化ガス１７は流動層ガス化炉１内温度と略同じ例えば８００℃の高温を保持されているため、高温改質炉１９に供給される酸素２０はガス化ガスの昇温には殆ど使用されずに、殆どが改質に使用される。そのため、酸素２０の供給量は少なく抑えることかできる。

前記高温改質炉１９でガス化ガス１７を改質する際には炭素の塊である煤が生成するので、この煤２２を高温改質炉１９から取り出して材料製造装置２３に導入し、該材料製造装置２３において前記煤２２を原料として活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等の機能性材料２４を製造するようにしている。材料製造装置２３としては、造粒装置、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いた生成炉等の種々の装置を用いることができる。従来、ガス化ガス素１７等から分離される煤を含む固形分は燃焼炉９へ供給して燃焼炉９の熱源に利用していたが、流動層ガス化炉１と燃焼炉を熱バランスが成立するように運転することにより、煤２２を燃焼炉９へ供給することなく、材料製造装置２３に供給して機能性材料２４を製造することができる。

前記高温改質炉１９から取り出される高品位ガス２１は高温を有しているので、この高温の高品位ガス２１と熱交換して熱回収するようにした熱回収手段２５を備える。この熱回収手段２５によって水蒸気を生成するようにした場合には、この水蒸気を前記流動層ガス化炉１のガス化剤として用いることができる。

上記形態例の作動を説明する。

図１のガス化システムにおいて、炭素系原料供給装置４により流動層ガス化炉１に供給された炭素系原料５は、流動層６において循環粒子２による加熱とガス化剤３の作用を受けてガス化される。水蒸気ガス化の場合には、一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２を主成分とし、これにメタンＣＨ_４等の炭化水素、二酸化炭素ＣＯ_２等とタールが混合したガス化ガス１７が生成される。

流動層ガス化炉１で生成したガス化ガス１７は分離器１８に導かれて固形分が除去された後、高温改質炉１９に供給される。高温改質炉１９では酸素２０の供給によって、前記ガス化ガス１７のタールの改質と炭化水素Ｃ_ｍＨ_ｎの分解を行い、これによりＨ_２、ＣＯリッチな高品位ガス２１を生成する。ここで、高温改質炉１９に導入されるガス化ガス１７は流動層ガス化炉１内温度に近い例えば８００℃の温度を保持しているため、前記酸素２０は昇温には殆ど使用されずに、殆どが改質に使用される。そのため、酸素２０の供給量は少なく抑えることかできる。

前記高温改質炉１９ではガス化ガス１７を改質する際に、殆どか炭素の塊である煤２２を生成するので、この煤２２を高温改質炉１９から取り出して材料製造装置２３に導入する。材料製造装置２３においては前記煤２２を原料として活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等の機能性材料２４を製造することができる。

前記高温改質炉１９から取り出される高品位ガス２１は高温（略８００℃）を有しているので、この高温の高品位ガス２１を熱回収手段２５に導くことにより熱回収する。この熱回収手段２５による熱回収によって水蒸気を生成した場合には、この水蒸気を前記流動層ガス化炉１のガス化剤として用いることができる。

又、燃焼炉９から排出される燃焼ガス１０は分離器１１に導かれて循環粒子２と排ガス１２とに分離されて循環粒子２は流動層ガス化炉１に供給され、排ガス１２は熱回収手段１３の熱交換器１４に供給される。熱交換器１４では排ガス１２と水を熱交換することにより水蒸気を発生させ、この水蒸気を蒸気タービン１６に供給することにより電気を生産する。

上記したように、炭素系原料５のガス化により生成するガス化ガス１７を改質して高品位ガス２１を得ると共に、改質時に生成する煤２２を用いて材料製造装置２３により有用な機能性材料２４を製造することができる。更に、熱回収手段２５により高温の高品位ガス２１から熱回収することができ、又、熱回収手段１３により排ガス１２の排熱を回収することができるため、炭素系原料５の資源（成分、熱量）を最大限に活用することができて実利性の高いガス化システムが提供できるようになる。

尚、本発明は上記形態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。

本発明のガス化システムの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 流動層ガス化炉
２ 循環粒子
３ ガス化剤
５ 炭素系原料
９ 燃焼炉
１０ 燃焼ガス
１１ 分離器
１２ 排ガス
１３ 熱回収手段
１７ ガス化ガス
１９ 高温改質炉
２１ 高品位ガス
２２ 煤
２３ 材料製造装置
２４ 機能性材料
２５ 熱回収手段

Claims (3)

1. 高温の循環粒子とガス化剤との存在下で炭素系原料をガス化してガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉でのガス化時に生成したチャーを導入して燃焼することにより循環粒子を加熱する燃焼炉と、燃焼炉からの燃焼ガスを分離器に導いて排ガスと循環粒子とに分離し循環粒子を前記流動層ガス化炉に戻すようにしたガス化システムであって、流動層ガス化炉からのガス化ガスを導入してＨ_２、ＣＯリッチな高品位ガスを生成する高温改質炉と、該高温改質炉での改質時に生成した煤を導入して機能性材料を製造する材料製造装置とを有することを特徴とするガス化システム。
2. 高温改質炉からの高温の高品位ガスと熱交換して熱回収する熱回収手段を有する請求項１に記載のガス化システム。
3. 分離器で分離した排ガスの熱を回収する熱回収手段を有する請求項１又は２に記載のガス化システム。

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