JP2009014644A - Method for analyzing tar in gas generated in gasification furnace and its system - Google Patents

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等 原田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To speedily and accurately grasp the concentration of tar at an operating site of a plant by a compact system constitution. <P>SOLUTION: A prescribed amount of generated gas introduced by a sample gas inlet pipe 2 is diluted by air introduced by an air inlet pipe 7 and introduced to a separation column 12 so that tar in the generated gas is separated by the separation column 12, and is adsorbed and held in the separation column 12. Air is passed through the separation column 12 to make the adsorbed and held tar flow out of the separation column 12 with air. The tar which has been made to flow out is burned by the action of an oxidation catalyst in a combustion chamber 18 to measure the amount of carbon dioxide generated by the combustion by a nondispersive infrared analyzer 19. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオマス等をガス化炉でガス化して得られる生成ガス中のタール量を計測するガス化炉生成ガス中のタール分析方法およびその装置に関するものである。   The present invention relates to a method for analyzing tar in a gasification furnace product gas and an apparatus for measuring the amount of tar in a product gas obtained by gasifying biomass or the like in a gasification furnace.

例えばバイオマスを流動層ガス化炉でガス化して得られる生成ガス中には"タール"と総称される有機物を含有している。このタールは、高温域ではガスとして存在しているが、低温域では固体などに相変化してプラントやガス利用設備(例えばガスエンジン、ガスタービンなどの発電機や燃料電池)に障害を与える原因となる。流動層ガス化炉において、この障害の引き金となる主なタール成分はナフタレンであるが、他に、アセナフチレンやフェナントレンなど、ナフタレンよりやや大きい多環芳香族炭化水素類も含まれる。   For example, the product gas obtained by gasifying biomass in a fluidized bed gasifier contains organic substances collectively called “tar”. This tar exists as a gas in the high temperature range, but causes a phase change to a solid in the low temperature range, causing damage to plants and gas utilization facilities (for example, generators and fuel cells such as gas engines and gas turbines). It becomes. In a fluidized bed gasification furnace, the main tar component that triggers this obstacle is naphthalene, but other polycyclic aromatic hydrocarbons that are slightly larger than naphthalene, such as acenaphthylene and phenanthrene, are also included.

ところで、"タール"の定義は曖昧なため、生成ガス中のタールを計測する方法としては多数の方法が存在する。非特許文献1には、この計測法を国際的に統一する目的で示された方法が記載されている。この方法においては、図3に示されるように、生成ガスを取り込むサンプリングプローブ51と、このサンプリングプローブ51の後端部に接続されたフィルタ52とが設けられ、このフィルタ52によってガス中のダストおよび粒子状タールが捕集される。なお、サンプリングプローブ51およびフィルタ52は、途中でタールが凝縮しないように加温されている。フィルタ52を通過したガス状タールは冷却された複数の有機溶媒トラップ53内の捕集液(2−プロピルアルコールなどの有機溶媒)により捕集され、有機溶媒トラップ53を通過したタールは、固形吸着剤54によって捕集される。なお、図中符号55は流量指示器、56は体積流量計である。   By the way, since the definition of “tar” is ambiguous, there are many methods for measuring the tar in the product gas. Non-Patent Document 1 describes a method shown for the purpose of internationally unifying this measurement method. In this method, as shown in FIG. 3, a sampling probe 51 for taking in the generated gas and a filter 52 connected to the rear end of the sampling probe 51 are provided. Particulate tar is collected. The sampling probe 51 and the filter 52 are heated so that tar does not condense on the way. The gaseous tar that has passed through the filter 52 is collected by a collection liquid (an organic solvent such as 2-propyl alcohol) in a plurality of cooled organic solvent traps 53, and the tar that has passed through the organic solvent trap 53 is solid-adsorbed. It is collected by the agent 54. In the figure, reference numeral 55 is a flow indicator, and 56 is a volume flow meter.

このようにしてフィルタ52および固形吸着剤54に捕集されたタールは、ソックスレー抽出器などを用いて有機溶媒(捕集液と同じもの)中に抽出される。そして、この抽出液と有機溶媒トラップ53内の捕集液とを混合し、所定の温度・圧力条件下にて有機溶媒を蒸発させてその蒸発残渣の重量を秤量し、これをタール量とする。得られたタール量の値をサンプリングガス量で除すことにより、ガス化生成ガス量当たりのタール量を求めることができる。   The tar collected in the filter 52 and the solid adsorbent 54 in this way is extracted into an organic solvent (the same as the collected liquid) using a Soxhlet extractor or the like. Then, this extract and the collected liquid in the organic solvent trap 53 are mixed, the organic solvent is evaporated under predetermined temperature and pressure conditions, the weight of the evaporation residue is weighed, and this is used as the tar amount. . By dividing the value of the obtained tar amount by the sampling gas amount, the tar amount per gasification product gas amount can be obtained.

タール分析方法の他の従来例としては、非特許文献2に示されているような水素炎イオン化検出器を用いる方法や、特許文献1に示されているようなガスクロマトグラフィーおよび重量計測法による方法などがある。   Other conventional examples of the tar analysis method include a method using a flame ionization detector as shown in Non-Patent Document 2, and a gas chromatography and weight measurement method as shown in Patent Document 1. There are methods.

しかしながら、非特許文献1および特許文献1に開示された方法を含むほとんどのタール分析法は、試料をラボに持ち帰って分析する手法であるために、結果が判明するまでに数日を要し、プラントの運転管理に反映させる上で支障がある。また、これらの分析法は、大部分を手動操作によっているため、再現性の高い結果を得るためには、操作者の熟練を必要とするという問題点がある。   However, since most tar analysis methods including the methods disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 are methods for analyzing samples by bringing them back to the laboratory, it takes several days until the results are known, There is a problem in reflecting it in the operation management of the plant. In addition, since most of these analysis methods are manually operated, there is a problem that operator skill is required to obtain highly reproducible results.

一方、非特許文献2に開示された水素炎イオン化検出器を用いる方法では、対象成分によって検出感度が異なるという問題点があるほか、水素ガスを用いるために水素ガスボンベもしくは水素ガス発生器が必要となって、装置構成が大掛かりになってしまうという問題点がある。   On the other hand, the method using the flame ionization detector disclosed in Non-Patent Document 2 has a problem that the detection sensitivity differs depending on the target component, and also requires a hydrogen gas cylinder or a hydrogen gas generator in order to use hydrogen gas. Thus, there is a problem that the apparatus configuration becomes large.

特開昭61−2071号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-2071 J.P.A.Neeftほか、"Guideline for Sampling and Analysis of Tar and Particles in Biomass Producer Gases"、Energy project EEN5−1999−00507、p.1−46J. et al. P. A. Neft et al., “Guideline for Sampling and Analysis of Tar and Particles in Biomass Producer Gases”, Energy project EEN5-1999-00507, p. 1-46 O.Moerschほか、"Tar quantification with a new online analyzing method"、Biomass and Bioenergy 18(2000)、p.79−86O. Moersch et al., “Tar quantification with a new online analysis method”, Biomass and Bioenergy 18 (2000), p. 79-86

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、コンパクトな装置構成で、プラントの稼動現場で速やかにタール濃度を把握することができるとともに、操作者間の癖や習熟度の差に基づく計測誤差が発生することのないガス化炉生成ガス中のタール分析方法およびその装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve such problems, and with a compact apparatus configuration, it is possible to quickly grasp the tar concentration at the plant operation site, and to improve the level of familiarity and proficiency between operators. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for analyzing tar in gasifier-produced gas that does not cause a measurement error based on the difference between the two.

前記目的を達成するために、第1発明によるガス化炉生成ガス中のタール分析方法は、
ガス化炉でガス化して得られる生成ガス中のタール量を計測するガス化炉生成ガス中のタール分析方法において、
一定量の生成ガスを空気で希釈して分離カラムに導入し、この分離カラムにて生成ガス中のタールを分離してその分離カラム内に吸着保持させ、次いで、分離カラムに空気を通過させて吸着保持されたタールを空気とともに分離カラムから流出させ、流出されたタールを酸化触媒の作用により燃焼させ、その燃焼により生成される二酸化炭素量を計測することで生成ガス中のタール量を計測することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a method for analyzing tar in a gasifier product gas according to the first invention comprises:
In a method for analyzing tar in a gasification furnace product gas that measures the amount of tar in the product gas obtained by gasification in a gasification furnace,
A certain amount of product gas is diluted with air and introduced into a separation column. The tar in the product gas is separated and absorbed and held in the separation column, and then air is passed through the separation column. Adsorbed and retained tar flows out of the separation column together with air, and the discharged tar is combusted by the action of an oxidation catalyst, and the amount of carbon dioxide produced by the combustion is measured to measure the amount of tar in the generated gas. It is characterized by this.

また、第2発明によるガス化炉生成ガス中のタール分析装置は、
ガス化炉でガス化して得られる生成ガス中のタール量を計測するガス化炉生成ガス中のタール分析装置において、
(a)一定温度に保持された恒温槽と、
(b)生成ガスを前記恒温槽内へ導入する生成ガス導入管と、
(c)空気を前記恒温槽内へ導入する空気導入管と、
(d)生成ガスを前記恒温槽外へ導出する生成ガス導出管と、
(e)前記恒温槽内に配され、前記生成ガス導入管により導入された生成ガスもしくは前記空気導入管により導入された空気が選択的に流入されるガスホルダと、
(f)前記恒温槽内に配され、前記空気導入管により導入された空気と前記ガスホルダ内の生成ガスとが流入されるか、もしくは前記空気導入管により導入された空気のみが流入される分離カラムと、
(g)前記分離カラムを通過した後の処理ガスを前記恒温槽外へ導出する処理ガス導出管と、
(h)前記恒温槽内に配され、前記生成ガス導入管から導入された生成ガスを前記ガスホルダを通過させて前記生成ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出するとともに、前記空気導入管から導入された空気を前記分離カラムを通過させて前記処理ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出する第1の動作位置と、前記生成ガス導入管から導入された生成ガスを前記ガスホルダを通過させずに前記生成ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出するとともに、前記空気導入管から導入された空気を前記ガスホルダおよび前記分離カラムを通過させて前記処理ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出する第2の動作位置とを切り替え操作される切替弁と、
(i)前記分離カラムから流出された処理ガス中のタールを酸化触媒の作用により燃焼させる燃焼室と、
(j)前記燃焼室から導出される二酸化炭素量を計測する分析計と
を備えることを特徴とするものである。
Further, the tar analyzer in the gasifier product gas according to the second invention is:
In the tar analyzer in the gasifier product gas that measures the amount of tar in the product gas obtained by gasification in the gasifier,
(A) a thermostatic chamber maintained at a constant temperature;
(B) a product gas introduction pipe for introducing the product gas into the thermostat;
(C) an air introduction pipe for introducing air into the thermostat;
(D) a product gas outlet pipe that guides the product gas out of the thermostat;
(E) a gas holder that is arranged in the thermostatic chamber and into which the product gas introduced by the product gas introduction pipe or the air introduced by the air introduction pipe is selectively introduced;
(F) Separation in which the air introduced into the thermostatic chamber and introduced by the air introduction pipe and the product gas in the gas holder are introduced, or only the air introduced by the air introduction pipe is introduced Columns,
(G) a processing gas outlet pipe for guiding the processing gas after passing through the separation column to the outside of the thermostat;
(H) The product gas arranged in the thermostat and introduced from the product gas introduction pipe passes through the gas holder and is led out of the thermostat through the product gas lead-out pipe, and the air introduction pipe A first operating position for passing the air introduced from the separation column through the separation gas to the outside of the thermostatic chamber via the processing gas lead-out pipe, and the product gas introduced from the product gas introduction pipe through the gas holder The air is led out of the thermostatic chamber through the product gas lead-out pipe without passing through the air, and the air introduced from the air introduction pipe passes through the gas holder and the separation column and passes through the processing gas lead-out pipe. A switching valve that is operated to switch between the second operation position leading out of the thermostat;
(I) a combustion chamber for burning tar in the processing gas discharged from the separation column by the action of an oxidation catalyst;
(J) An analyzer for measuring the amount of carbon dioxide derived from the combustion chamber.

前記第2発明において、前記分離カラムは、珪藻土にジメチルシロキサンポリマーをコーティングしたものをステンレス管もしくはガラス管に充填したものであるのが良い(第3発明)。   In the second aspect of the invention, the separation column may be a stainless steel tube or glass tube filled with diatomaceous earth coated with a dimethylsiloxane polymer (third invention).

前記生成ガス導入管は、100℃〜350℃に加熱されているのが好ましい(第4発明)。また、前記生成ガス導入管には、生成ガス中のダストを除去するフィルタが介挿されるのが好ましい(第5発明)。さらに、前記生成ガス導入管には、生成ガスを希釈するための希釈用窒素ガス導入管が接続されるのが好ましい(第6発明)。   The product gas introduction tube is preferably heated to 100 ° C. to 350 ° C. (fourth invention). Moreover, it is preferable that a filter for removing dust in the product gas is inserted in the product gas introduction pipe (fifth invention). Further, it is preferable that a dilution nitrogen gas introduction pipe for diluting the production gas is connected to the production gas introduction pipe (sixth invention).

前記空気導入管には、空気中の水分を除去する除湿管、空気中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素トラップおよび空気中の有機物を除去するカーボントラップが介挿されるのが好ましい(第7発明)。   It is preferable that a dehumidifying pipe for removing moisture in the air, a carbon dioxide trap for removing carbon dioxide in the air, and a carbon trap for removing organic substances in the air are interposed in the air introduction pipe (seventh invention). .

第1発明または第2発明によれば、従来の湿式捕集法などと比べて、プラントの稼動現場でガス化炉生成ガス中のタール濃度を速やかに把握することができる。また、機械的手法であるため、操作者間の癖や習熟度の差に基づく測定誤差が生じることがない。また、従来の水素炎イオン化検出器を用いる手法と比べて、水素ガスが不要であるため、水素ガスボンベもしくは水素ガス発生器が不要となり、装置構成をコンパクトにすることができる。また、対象成分に関わらず検出感度を維持することができる。この結果、タール処理設備の運転管理に有用なシステムを得ることができる。   According to the 1st invention or the 2nd invention, compared with the conventional wet collection method etc., the tar concentration in gasification furnace production gas can be grasped | ascertained quickly at the plant operation site. Moreover, since it is a mechanical method, there is no measurement error based on the difference between the operators and the proficiency level. Further, compared with the conventional technique using a flame ionization detector, hydrogen gas is not required, so a hydrogen gas cylinder or a hydrogen gas generator is not required, and the apparatus configuration can be made compact. Further, the detection sensitivity can be maintained regardless of the target component. As a result, a system useful for operation management of the tar treatment facility can be obtained.

次に、本発明によるガス化炉生成ガス中のタール分析方法およびその装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Next, a specific embodiment of a tar analysis method and apparatus therefor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明の一実施形態に係るタール分析装置のシステム構成図が示されている。本実施形態は、バイオマスを流動層ガス化炉でガス化して得られた生成ガス中のタール量を計測する装置に適用されたものである。   FIG. 1 is a system configuration diagram of a tar analyzer according to an embodiment of the present invention. The present embodiment is applied to an apparatus for measuring the amount of tar in a product gas obtained by gasifying biomass in a fluidized bed gasification furnace.

本実施形態のタール分析装置1においては、前記生成ガスから試料ガスを導入する試料ガス導入管(生成ガス導入管)2が設けられ、この試料ガス導入管2により取り込まれた生成ガスがフィルタ3に導かれ、このフィルタ3によって試料ガス中のダストが除去される。ここで、試料ガス導入管2は、導管内部での水分やタールの凝縮を避けるため、100〜350℃に加熱されている。フィルタ3の下流側には、試料ガスの希釈用の窒素ガスを混入する窒素ガス導入管4が接続され、試料ガス中のタール量が多い場合には流量調整弁5を開作動して既知量の希釈用窒素ガスを混入して試料ガスを希釈するようにされている。この場合、希釈用窒素ガス中にはCOおよび有機物を含有しないようにされている。 In the tar analyzer 1 of the present embodiment, a sample gas introduction pipe (product gas introduction pipe) 2 for introducing a sample gas from the produced gas is provided, and the produced gas taken in by the sample gas introduction pipe 2 is filtered. The filter 3 removes dust in the sample gas. Here, the sample gas introduction tube 2 is heated to 100 to 350 ° C. in order to avoid condensation of moisture and tar inside the conduit. A downstream side of the filter 3 is connected to a nitrogen gas introduction pipe 4 for mixing a nitrogen gas for diluting the sample gas. When the amount of tar in the sample gas is large, the flow rate adjusting valve 5 is opened and a known amount is opened. The sample gas is diluted by mixing the nitrogen gas for dilution. In this case, the nitrogen gas for dilution does not contain CO 2 and organic substances.

その後、試料ガスは一定温度に保持された恒温槽6に導入される。一方、この恒温槽6にはその恒温槽6内に空気を導入する空気導入管7が接続されている。ここで、空気導入管7の途中には、シリカゲルなどを充填した除湿管8、水酸化リチウムペレットなどを充填したCOトラップ9およびカーボンモレキュラーシーブや活性炭を充填したカーボントラップ10が配されており、除湿管8により空気中の水分が除去され、COトラップ9により空気中のCOが除去され、カーボントラップ10により空気中の有機物が除去される。こうして、清浄化された空気が恒温槽6に導入される。なお、除湿管8、COトラップ9およびカーボントラップ10は同等の機能を持つ他の装置に置き換えることもできる。 Thereafter, the sample gas is introduced into the thermostatic chamber 6 maintained at a constant temperature. On the other hand, an air introduction pipe 7 for introducing air into the thermostat 6 is connected to the thermostat 6. Here, a dehumidifying tube 8 filled with silica gel or the like, a CO 2 trap 9 filled with lithium hydroxide pellets or the like, and a carbon trap 10 filled with carbon molecular sieve or activated carbon are arranged in the middle of the air introduction tube 7. , moisture in the air is removed by the dehumidifying pipe 8, CO 2 in the air is removed by CO 2 trap 9, organic substances in the air are removed by the carbon trap 10. In this way, the purified air is introduced into the constant temperature bath 6. It should be noted that the dehumidifying tube 8, the CO 2 trap 9, and the carbon trap 10 can be replaced with other devices having equivalent functions.

恒温槽6内には、試料ガス導入管2により導入された試料ガスが流入されるガスホルダ11と、試料ガス中のタールを吸着保持する分離カラム12と、試料ガス導入管2により恒温槽6内に導入された試料ガスの導出方向および空気導入管7により恒温槽6内に導入された空気の導出方向をそれぞれ切り替える八方切替弁で構成される切替弁13が配されている。また、恒温槽6には、試料ガス導入管2により導入された試料ガスを恒温槽6外へ導出する試料ガス導出管14と、分離カラム12を通過した後の処理ガスを恒温槽6外へ導出する処理ガス導出管15とが接続されている。なお、試料ガス導出管14には流量調整弁16および吸引ポンプ17が介挿されている。また、分離カラム12は、珪藻土にジメチルシロキサンポリマーをコーティングしたものをステンレス管もしくはガラス管に充填したものである。   In the thermostatic chamber 6, a gas holder 11 into which the sample gas introduced by the sample gas introduction tube 2 flows, a separation column 12 that adsorbs and holds tar in the sample gas, and the sample gas introduction tube 2 in the thermostatic chamber 6. A switching valve 13 comprising an eight-way switching valve for switching the direction of derivation of the sample gas introduced into 1 and the direction of derivation of the air introduced into the thermostat 6 by the air introduction pipe 7 is arranged. Further, in the thermostat 6, the sample gas introduced through the sample gas introduction pipe 2 is led out to the thermostat 6, and the processing gas after passing through the separation column 12 is taken out of the thermostat 6. A processing gas lead-out pipe 15 to be led out is connected. A flow rate adjusting valve 16 and a suction pump 17 are inserted in the sample gas outlet pipe 14. Further, the separation column 12 is a stainless tube or glass tube filled with diatomaceous earth coated with a dimethylsiloxane polymer.

前記処理ガス導出管15は燃焼室18に接続されている。この燃焼室18は、酸化触媒の作用により、流入するタールを燃焼させて二酸化炭素(CO)へと変換する。この後、その二酸化炭素は非分散赤外線分析計19に導入されてその濃度が計量され、空気は流量調整弁20および吸引ポンプ21を経て排気される。 The processing gas outlet pipe 15 is connected to a combustion chamber 18. The combustion chamber 18 burns inflowing tar and converts it into carbon dioxide (CO 2 ) by the action of the oxidation catalyst. Thereafter, the carbon dioxide is introduced into the non-dispersive infrared analyzer 19 to measure its concentration, and the air is exhausted through the flow rate adjusting valve 20 and the suction pump 21.

図2にも示されるように、前記切替弁13は、8個のポート(第1ポート13a〜第8ポート13h)を有しており、第1ポート13aに前記空気導入管7が接続され、第3ポート13cに前記試料ガス導入管2が接続され、第4ポート13dに前記試料ガス導出管14が接続され、第7ポート13gに前記処理ガス導出管15が接続されている。また、第2ポート13bと第5ポート13e間は第1バイパス管22にて接続されてその第1バイパス管22の途中に前記ガスホルダ11が介挿され、第8ポート13hと第6ポート13f間は第2バイパス管23にて接続されてその第2バイパス管23の途中に前記分離カラム12が介挿されている。   As shown also in FIG. 2, the switching valve 13 has eight ports (first port 13a to eighth port 13h), and the air introduction pipe 7 is connected to the first port 13a. The sample gas inlet tube 2 is connected to the third port 13c, the sample gas outlet tube 14 is connected to the fourth port 13d, and the processing gas outlet tube 15 is connected to the seventh port 13g. Further, the second port 13b and the fifth port 13e are connected by a first bypass pipe 22, and the gas holder 11 is inserted in the middle of the first bypass pipe 22, and between the eighth port 13h and the sixth port 13f. Are connected by a second bypass pipe 23, and the separation column 12 is inserted in the middle of the second bypass pipe 23.

次に、上述の構成よりなるタール分析装置1を用いて、試料ガス中のタール量を計測する手順について説明する。   Next, a procedure for measuring the amount of tar in the sample gas using the tar analyzer 1 having the above-described configuration will be described.

まず、切替弁13を操作して、図2(a)に示されるように、第2ポート13bと第3ポート13c、第4ポート13dと第5ポート13e、第6ポート13fと第7ポート13gおよび第8ポート13hと第1ポート13aが連通するようにした状態で、一定温度に保った試料ガスを試料ガス導入管2より恒温槽6内に導入する。なお、恒温槽6内への導入前に試料ガス中のダストはフィルタ3により除去される。また、試料ガス中のタール量が多い場合には流量調整弁5を開作動して既知量の希釈用窒素ガスを混入して試料ガスを希釈する。   First, by operating the switching valve 13, as shown in FIG. 2A, the second port 13b and the third port 13c, the fourth port 13d and the fifth port 13e, the sixth port 13f and the seventh port 13g. In a state where the eighth port 13h and the first port 13a communicate with each other, the sample gas maintained at a constant temperature is introduced into the thermostatic chamber 6 from the sample gas introduction pipe 2. The dust in the sample gas is removed by the filter 3 before being introduced into the thermostatic chamber 6. When the amount of tar in the sample gas is large, the flow rate adjusting valve 5 is opened to mix a known amount of nitrogen gas for dilution to dilute the sample gas.

こうして、恒温槽6内に導入された試料ガスは、切替弁13の第3ポート13cから第2ポート13bおよび第1バイパス管22を経由してガスホルダ11内に取り込まれ、その後、第5ポート13eおよび第4ポート13dを経由して試料ガス導出管14から排気される。ここで、ガスホルダ11内の圧力を読み取り、圧力が大気圧に満たない場合には、窒素ガス導入管4から希釈用窒素ガスを導入して圧力調整を行っても良い。   Thus, the sample gas introduced into the thermostatic chamber 6 is taken into the gas holder 11 from the third port 13c of the switching valve 13 via the second port 13b and the first bypass pipe 22, and then the fifth port 13e. And it is exhausted from the sample gas outlet pipe 14 via the fourth port 13d. Here, the pressure in the gas holder 11 is read, and when the pressure is less than the atmospheric pressure, dilution nitrogen gas may be introduced from the nitrogen gas introduction pipe 4 to adjust the pressure.

一方、空気導入管7を通って供給される空気は、除湿管8により水分が除去され、COトラップ9によりCOが除去され、カーボントラップ10により有機物が除去されて清浄化された後、恒温槽6内に導入される。こうして、恒温槽6内に導入された空気は切替弁13の第1ポート13aから第8ポート13hおよび第2バイパス管23を経由して分離カラム12に達する。この分離カラム12を空気が通過する際に、分離カラム12中に保持されたタールが溶出し、空気とともに第6ポート13fおよび第7ポート13gを経由して後段に流出する。なお、分離カラム12は使用頻度に応じて定期的に交換することが必要となる。 The air supplied through the air inlet pipe 7, the water is removed by dehumidifier tube 8, the CO 2 trap 9 CO 2 is removed, after the organic matter has been cleaned are removed by the carbon trap 10, It is introduced into the thermostat 6. Thus, the air introduced into the thermostat 6 reaches the separation column 12 from the first port 13a of the switching valve 13 via the eighth port 13h and the second bypass pipe 23. When the air passes through the separation column 12, the tar retained in the separation column 12 is eluted and flows out to the subsequent stage through the sixth port 13f and the seventh port 13g together with the air. Note that the separation column 12 needs to be replaced periodically according to the frequency of use.

タールの溶出した空気が燃焼室18に導入されると、この燃焼室18における酸化触媒の作用により、タールが燃焼されて二酸化炭素に変換され、この二酸化炭素濃度が非分散赤外線分析計19に導入されてその濃度が計量される。計測された二酸化炭素濃度を時間軸に対してプロットすると、1つないし複数のピーク値が得られるので、所定の時間内に検出された全てのピーク面積の合計値を求める。このピーク面積の合計値はタール由来の炭素量と相関を持つので、予め得ておいた検量線を参照し、タール由来の炭素量を求める。そして、求めた炭素量を試料ガス量で除することによって、試料ガス中のタール由来の炭素濃度を求めることができる。非分散赤外線分析計19に導入された試料ガス量は、ガスホルダ11の容量によって決まるが、ガスホルダ11内の圧力が大気圧でないときは、圧力補正を行う必要がある。   When the tar-eluting air is introduced into the combustion chamber 18, the tar is burned and converted into carbon dioxide by the action of the oxidation catalyst in the combustion chamber 18, and this carbon dioxide concentration is introduced into the non-dispersive infrared analyzer 19. And its concentration is measured. When the measured carbon dioxide concentration is plotted against the time axis, one or a plurality of peak values are obtained, so the total value of all peak areas detected within a predetermined time is obtained. Since the total peak area has a correlation with the amount of carbon derived from tar, the amount of carbon derived from tar is obtained with reference to a calibration curve obtained in advance. Then, the carbon concentration derived from tar in the sample gas can be obtained by dividing the obtained carbon amount by the sample gas amount. The amount of sample gas introduced into the non-dispersive infrared analyzer 19 is determined by the capacity of the gas holder 11, but when the pressure in the gas holder 11 is not atmospheric pressure, it is necessary to perform pressure correction.

所定時間経過後、切替弁13を切り替え、図2(b)に示されるように、第12ポート13aと第2ポート13b、第3ポート13cと第4ポート13d、第5ポート13eと第6ポート13fおよび第7ポート13gと第8ポート13hが連通するようにする。   After a predetermined time has elapsed, the switching valve 13 is switched, and as shown in FIG. 2B, the twelfth port 13a and the second port 13b, the third port 13c and the fourth port 13d, the fifth port 13e and the sixth port 13f and the seventh port 13g communicate with the eighth port 13h.

このとき、空気導入管7を通って導入される空気は、切替弁13の第1ポート13aから第2ポート13bおよび第1バイパス管22を経由してガスホルダ11に至り、このガスホルダ11内に保持されている試料ガスとともに第5ポート13eおよび第6ポート13fを経て分離カラム12内へ流入する。こうして、分離カラム12では試料ガス中のタールがカラム内に吸着保持される一方、低沸点の炭化水素(メタン、エチレンなど)、CO、COはカラムに保持されずに第2バイパス管23、第8ポート13hおよび第7ポート13gを経由して後段へと流れ、燃焼室18で燃焼された後に排気される。 At this time, the air introduced through the air introduction pipe 7 reaches the gas holder 11 from the first port 13 a of the switching valve 13 via the second port 13 b and the first bypass pipe 22, and is held in the gas holder 11. The sample gas flows into the separation column 12 through the fifth port 13e and the sixth port 13f together with the sample gas. Thus, in the separation column 12, tar in the sample gas is adsorbed and held in the column, while low-boiling point hydrocarbons (methane, ethylene, etc.), CO, and CO 2 are not held in the column, but the second bypass pipe 23, It flows to the subsequent stage via the eighth port 13h and the seventh port 13g, and is exhausted after being combusted in the combustion chamber 18.

一方試料ガス導入管2より恒温槽6内に導入された試料ガスは、第3ポート13cから第4ポート13dを経由して試料ガス導出管14から排気される。   On the other hand, the sample gas introduced into the thermostatic chamber 6 from the sample gas introduction pipe 2 is exhausted from the sample gas outlet pipe 14 through the third port 13c and the fourth port 13d.

この後、所定時間経過後に切替弁13が再度図2(a)に示す位置に切り替えられる。このようにして、切替弁13を図2(a)の位置と図2(b)の位置に交互に切り替えることで、ガスホルダ11内の試料ガスが空気とともに分離カラム12に導入されて試料ガス中のタールが分離カラム12に吸着保持され、その後、空気のみが分離カラム12を通過することで、保持されたタールが空気に溶出されてそのタールが燃焼室18にて燃焼されるという動作を交互に行うことになる。そして、この分離したタールを酸化触媒の作用により燃焼させ、その燃焼により生成される二酸化炭素量を計測することで試料ガス中のタール量を計測することができる。   Thereafter, the switching valve 13 is switched again to the position shown in FIG. In this manner, the switching valve 13 is alternately switched between the position shown in FIG. 2A and the position shown in FIG. 2B, so that the sample gas in the gas holder 11 is introduced into the separation column 12 together with the air and is contained in the sample gas. The tar is absorbed and held in the separation column 12, and thereafter, only air passes through the separation column 12, whereby the retained tar is eluted into the air and the tar is burned in the combustion chamber 18 alternately. Will be done. The separated tar is burned by the action of the oxidation catalyst, and the amount of tar in the sample gas can be measured by measuring the amount of carbon dioxide generated by the combustion.

本実施形態のタール分析方法によれば、対象成分を酸化してそのCO濃度を測定しているので、対象成分に関わらず、その炭素数にほぼ比例した応答を得ることができるという利点がある。また、生成ガスに含まれるタール成分量をオンサイトで準連続的に計測することができるので、プラントの運転管理面に速やかに反映させることができる。例えば、スクラバの運転条件へのフィードバックや、おがくずフィルタや活性炭塔の交換周期の判定、改質・燃焼処理を行う際の運転条件の調整、更にはガス化炉の運転条件調整などに応用することができる。 According to tar analysis method of the present embodiment, since the measuring the CO 2 concentration to oxidize the target component, regardless of the target component, the advantage that it is possible to obtain a response which is substantially proportional to the number of carbon atoms is there. Moreover, since the amount of tar components contained in the product gas can be measured quasi-continuously on-site, it can be quickly reflected in the operation management of the plant. For example, feedback to scrubber operating conditions, judgment of replacement cycle of sawdust filter and activated carbon tower, adjustment of operating conditions for reforming and combustion treatment, and further adjustment of operating conditions of gasifier Can do.

本実施形態では、バイオマスを流動層ガス化炉でガス化して得られた生成ガス中のタール量を計測する装置に適用したものを説明したが、本発明は、バイオマス以外の燃料、例えば石炭ガス化炉に対しても適用することができる。また、流動層ガス化炉以外のガス化炉にも適用することができる。なお、これらの場合、予め本実施形態の装置の応答と、他の手法(湿式捕集−重量法)との相関を求めておくことが必要となる。   In this embodiment, although what was applied to the apparatus which measures the tar amount in the product gas obtained by gasifying biomass with a fluidized-bed gasification furnace was demonstrated, this invention is fuel other than biomass, for example, coal gas It can also be applied to a chemical reactor. Moreover, it is applicable also to gasification furnaces other than a fluidized bed gasification furnace. In these cases, it is necessary to obtain a correlation between the response of the apparatus of the present embodiment and another method (wet collection-weight method) in advance.

本発明の一実施形態に係るタール分析装置のシステム構成図The system block diagram of the tar analyzer which concerns on one Embodiment of this invention. 図1を部分的に拡大して示す動作説明図Operation explanatory diagram showing FIG. 1 partially enlarged 従来のタール計測法を示すシステム構成図System configuration diagram showing conventional tar measurement method

符号の説明Explanation of symbols

1 タール分析装置
2 試料ガス導入管(生成ガス導入管)
3 フィルタ
4 窒素ガス導入管
6 恒温槽
7 空気導入管
8 除湿管
9 COトラップ
10 カーボントラップ
11 ガスホルダ
12 分離カラム
13 切替弁
14 試料ガス導出管(生成ガス導出管)
15 処理ガス導出管
18 燃焼室
19 非分散赤外線分析計(分析計)
22 第1バイパス管
23 第2バイパス管
1 Tar analyzer 2 Sample gas introduction pipe (product gas introduction pipe)
3 filter 4 nitrogen gas inlet pipe 6 thermostatic bath 7 air inlet tube 8 dehumidifying pipe 9 CO 2 trap 10 carbon trap 11 gas holder 12 the separation column 13 the switching valve 14 sample gas lead tube (product gas outlet pipe)
15 Processing gas outlet pipe 18 Combustion chamber 19 Non-dispersive infrared analyzer (analyzer)
22 1st bypass pipe 23 2nd bypass pipe

Claims (7)

ガス化炉でガス化して得られる生成ガス中のタール量を計測するガス化炉生成ガス中のタール分析方法において、
一定量の生成ガスを空気で希釈して分離カラムに導入し、この分離カラムにて生成ガス中のタールを分離してその分離カラム内に吸着保持させ、次いで、分離カラムに空気を通過させて吸着保持されたタールを空気とともに分離カラムから流出させ、流出されたタールを酸化触媒の作用により燃焼させ、その燃焼により生成される二酸化炭素量を計測することで生成ガス中のタール量を計測することを特徴とするガス化炉生成ガス中のタール分析方法。
In a method for analyzing tar in a gasification furnace product gas that measures the amount of tar in the product gas obtained by gasification in a gasification furnace,
A certain amount of product gas is diluted with air and introduced into a separation column. The tar in the product gas is separated and absorbed and held in the separation column, and then air is passed through the separation column. Adsorbed and retained tar flows out of the separation column together with air, and the discharged tar is combusted by the action of an oxidation catalyst, and the amount of carbon dioxide produced by the combustion is measured to measure the amount of tar in the generated gas. A method for analyzing tar in a gasification furnace product gas characterized by the above.
ガス化炉でガス化して得られる生成ガス中のタール量を計測するガス化炉生成ガス中のタール分析装置において、
(a)一定温度に保持された恒温槽と、
(b)生成ガスを前記恒温槽内へ導入する生成ガス導入管と、
(c)空気を前記恒温槽内へ導入する空気導入管と、
(d)生成ガスを前記恒温槽外へ導出する生成ガス導出管と、
(e)前記恒温槽内に配され、前記生成ガス導入管により導入された生成ガスもしくは前記空気導入管により導入された空気が選択的に流入されるガスホルダと、
(f)前記恒温槽内に配され、前記空気導入管により導入された空気と前記ガスホルダ内の生成ガスとが流入されるか、もしくは前記空気導入管により導入された空気のみが流入される分離カラムと、
(g)前記分離カラムを通過した後の処理ガスを前記恒温槽外へ導出する処理ガス導出管と、
(h)前記恒温槽内に配され、前記生成ガス導入管から導入された生成ガスを前記ガスホルダを通過させて前記生成ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出するとともに、前記空気導入管から導入された空気を前記分離カラムを通過させて前記処理ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出する第1の動作位置と、前記生成ガス導入管から導入された生成ガスを前記ガスホルダを通過させずに前記生成ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出するとともに、前記空気導入管から導入された空気を前記ガスホルダおよび前記分離カラムを通過させて前記処理ガス導出管を介して前記恒温槽外へ導出する第2の動作位置とを切り替え操作される切替弁と、
(i)前記分離カラムから流出された処理ガス中のタールを酸化触媒の作用により燃焼させる燃焼室と、
(j)前記燃焼室から導出される二酸化炭素量を計測する分析計と
を備えることを特徴とするガス化炉生成ガス中のタール分析装置。
In the tar analyzer in the gasifier product gas that measures the amount of tar in the product gas obtained by gasification in the gasifier,
(A) a thermostatic chamber maintained at a constant temperature;
(B) a product gas introduction pipe for introducing the product gas into the thermostat;
(C) an air introduction pipe for introducing air into the thermostat;
(D) a product gas outlet pipe that guides the product gas out of the thermostat;
(E) a gas holder that is arranged in the thermostatic chamber and into which the product gas introduced by the product gas introduction pipe or the air introduced by the air introduction pipe is selectively introduced;
(F) Separation in which the air introduced into the thermostatic chamber and introduced by the air introduction pipe and the product gas in the gas holder are introduced, or only the air introduced by the air introduction pipe is introduced Columns,
(G) a processing gas outlet pipe for guiding the processing gas after passing through the separation column to the outside of the thermostat;
(H) The product gas arranged in the thermostat and introduced from the product gas introduction pipe passes through the gas holder and is led out of the thermostat through the product gas lead-out pipe, and the air introduction pipe A first operating position for passing the air introduced from the separation column through the separation gas to the outside of the thermostatic chamber via the processing gas lead-out pipe, and the product gas introduced from the product gas introduction pipe through the gas holder The air is led out of the thermostatic chamber through the product gas lead-out pipe without passing through the air, and the air introduced from the air introduction pipe passes through the gas holder and the separation column and passes through the processing gas lead-out pipe. A switching valve that is operated to switch between the second operation position leading out of the thermostat;
(I) a combustion chamber for burning tar in the processing gas discharged from the separation column by the action of an oxidation catalyst;
(J) An apparatus for analyzing tar in a gasifier product gas, comprising an analyzer for measuring the amount of carbon dioxide derived from the combustion chamber.
前記分離カラムは、珪藻土にジメチルシロキサンポリマーをコーティングしたものをステンレス管もしくはガラス管に充填したものである請求項2に記載のガス化炉生成ガス中のタール分析装置。   The tar analysis device in the gasification furnace product gas according to claim 2, wherein the separation column is obtained by filling a diatomaceous earth coated with a dimethylsiloxane polymer into a stainless steel tube or a glass tube. 前記生成ガス導入管は、100℃〜350℃に加熱されている請求項2または3に記載のガス化炉生成ガス中のタール分析装置。   The tar analysis device in gasification furnace product gas according to claim 2 or 3 in which said product gas introduction pipe is heated at 100 ° C-350 ° C. 前記生成ガス導入管には、生成ガス中のダストを除去するフィルタが介挿される請求項2〜4のうちのいずれかに記載のガス化炉生成ガス中のタール分析装置。   The tar analysis device in gasifier product gas according to any one of claims 2 to 4, wherein a filter for removing dust in the product gas is inserted in the product gas introduction pipe. 前記生成ガス導入管には、生成ガスを希釈するための希釈用窒素ガス導入管が接続される請求項2〜5のうちのいずれかに記載のガス化炉生成ガス中のタール分析装置。   The tar analyzer in gasifier product gas according to any one of claims 2 to 5, wherein a dilution nitrogen gas introduction tube for diluting the product gas is connected to the product gas introduction tube. 前記空気導入管には、空気中の水分を除去する除湿管、空気中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素トラップおよび空気中の有機物を除去するカーボントラップが介挿される請求項2〜6のうちのいずれかに記載のガス化炉生成ガス中のタール分析装置。   The dehumidifying pipe for removing moisture in the air, a carbon dioxide trap for removing carbon dioxide in the air, and a carbon trap for removing organic substances in the air are interposed in the air introduction pipe. The tar analysis apparatus in the gasification furnace production | generation gas in any one.
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