JP2009221245A - 燃料ガスの改質方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1000℃以上の竪型のガス改質炉内に、固体燃料物質をガス化した際に発生する燃料ガスを該炉上部又は下部から導入し、80容量%以上の高濃度の酸素含有ガスを該炉の横方向から吹き込んで該燃料ガスを改質する方法であって、該酸素含有ガスを、偶数本の酸素供給ノズルを介して各酸素供給ノズルの吹き込みガスが対面の酸素供給ノズルの吹き込みガスと突合せ衝突するように吹き込み、かつ該酸素供給ノズルの改質炉内への突出長さを200mm以上としたことを特徴とする燃料ガスの改質方法。
【選択図】なし
Description
そこで、近年では、上記した焼却処理に代わる廃棄物処理方法としてガス化改質方式によるガス化溶融プロセスが注目されている。
耐火物が消耗すれば操業を停止して、耐火物の張り替え等の補修を行う必要があるが、補修を頻繁に行う必要があると処理効率が低下し、コストの上昇につながるので、補修の頻度を低下させるべく、耐火物の消耗を防ぐための手段を講じる必要がある。
特許文献2には、縦型改質炉において、中心向きから水平方向に30度以下偏心させた酸素供給ノズルによって炉内に酸素ガスを供給して炉内で旋回流を発生させ、これによって被改質ガスと酸素とを均一に混合させて改質部温度を均一にし、改質部耐火物の損傷を小さくすることが記載されている。
しかしながら、前記のような旋回流を形成する方法によってもなお耐火物の損傷は避けられなかった。
(1)1000℃以上の竪型のガス改質炉内に、廃棄物を含む固体燃料をガス化した際に発生する燃料ガスを該炉上部又は下部から導入し、80容量%以上の高濃度の酸素含有ガスを該炉の横方向から吹き込んで該燃料ガスを改質する方法であって、該酸素含有ガスを、偶数本の酸素供給ノズルを介して各酸素供給ノズルの吹き込みガスが対面の酸素供給ノズルの吹き込みガスと突合せ衝突するように吹き込み、かつ該酸素供給ノズルの改質炉内への突出長さを200mm以上としたことを特徴とする燃料ガスの改質方法。
(2)前記酸素供給ノズルによる改質炉内への酸素ガスの吹き込み方向が炉中心方向から水平方向に7°以下偏心していることを特徴とする(1)に記載の燃料ガスの改質方法。
(3)前記酸素供給ノズルによる改質炉内への酸素ガスの吹き込み方向を、吹込まれた酸素ガス流が前記燃料ガス流と斜め方向に対向して衝突するように、水平方向から鉛直上方向又は鉛直下方向に傾けたことを特徴とする(1)又は(2)に記載の燃料ガスの改質方法。
まず、廃棄物ガス化改質炉の全体構造を図に示すガス化改質方式を例にとって説明する。
1.プレス・脱ガスチャンネル
(1)廃棄物の圧縮、(2)乾燥・熱分解
2.高温反応炉・均質化炉
(3)ガス化溶融、(4)スラグ均質化、(5)ガス改質
3.ガス精製
(6)急冷(急冷・酸洗浄、酸洗浄)、(7)ガス精製(アルカリ洗浄、脱硫、除湿)
4.水処理
(8)水処理(沈殿、脱塩等)
ピットに集積された都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物はプレス機で圧縮された後、乾燥熱分解工程で間接加熱により加熱乾留されて高温反応炉に送られる。高温反応炉の下部には、ランスが配置され、このランスによって炉内に高濃度酸素が導入され、この酸素ガスが乾留物中の炭素をガス化・燃焼し、一酸化炭素と二酸化炭素が生成する。また、高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、有機化合物(炭化水素など)も水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。上記反応の結果、高温反応炉の塔頂部より粗合成ガスが回収される。
この粗合成ガスは、急冷酸洗浄工程、ガス精製工程を経て製品として排出される。
廃棄物を含む固体燃料をガス化した際に発生する燃料ガスには、CO、H2、CO2、H2Oの他に、塩素化炭化水素やその他の長鎖状炭化水素からメタン等の軽質炭化水素まで存在している。改質後のガス中にはダイオキシン類が含まれないようにすることは当然であるが、その他にナフタレン、メタン等の炭化水素も含まれないようにすることが好ましい。そして、これらの成分は1000℃以上に昇温することによって概ね分解する。このようにガス改質炉を1000℃以上とすることでCO、H2、CO2、H2O主体の改質ガスを得ることができる。
従来はガス改質炉で酸素含有ガスを供給する際に、高温反応炉から発生するガスとの混合性を向上させるために、酸素含有ガスをガス改質炉の中心より偏向させて供給し、旋回流を与えていた。しかしながら、旋回流を発生させた場合、操業を継続していくとガス改質炉の耐火物が損耗することは既に述べたとおりであり、このため炉修頻度が高くなるという問題があった。
1)、酸素含有ガスを炉の中心から偏向させて供給することによって発生する高温の旋回流は耐火物炉壁側に形成されるため、この旋回流が形成されている部分の耐火物の損耗が激しいこと。
2)酸素含有ガスを供給するランスの前面において、高温反応炉から発生したガスがランスから供給した酸素により急激に燃焼し、高温の火点が形成されること。
3)上記1)、2)から、ガス改質炉の耐火物損耗の主原因は高温旋回流とランス前面の高温火点である可能性が強いこと。
200mmを超えてどの程度まで突出させて良いかは、ガス改質炉の径、ランス酸素の流速、対向側の耐火物損耗の危険性の有無等を考慮して適宜に設定することができる。
酸素ガスの吹込角度を7°よりも中心に向けることによって高温部が更に炉の中央部にシフトし炉壁の熱負荷が軽減される。また7°を超えると炉壁近傍に高温旋回流が発生し、炉壁の熱負荷が大きくなる。
また、酸素供給ノズルは炉の垂直方向に多段に設けても良く、上段と下段とで酸素供給ノズルの鉛直方向の角度を異なる角度に設定してもよい。
図2(a)はガス改質炉の縦断面図であり、図2(b)はガス改質炉の横断面図であり、炉壁に設けられた酸素供給ノズルの配置状態を示す。
酸素供給ノズルは中心方向に向け(水平方向の偏心角度0°)かつ酸素供給ノズルの下向きの角度を30°として改質炉内に200mm吐出させた。廃棄物の処理量は100t/dで、ガス改質炉には平均で7000Nm3/hの燃料ガスを供給した。ガス改質炉では酸素濃度99容量%の高純度酸素を4本の酸素供給ノズルから100Nm3/hずつ供給し、燃料ガスを改質させた。
これまで、酸素供給ノズルの横断面での中心からの偏向角度が25°で改質炉内への吐出がないときは、6ヶ月の操業で酸素供給ノズル周辺部の耐火物が損傷して鉄皮が露出し、耐火物の補修を余儀なくされていたが、本操業を継続した結果、酸素供給ノズル周辺部の耐火物損耗速度が極めて減少し、2年経過しても耐火物が健全な状態を維持できた。
2 酸素供給ノズル
3 炉壁
4 燃料ガス
Claims (3)
- 1000℃以上の竪型のガス改質炉内に、固体燃料物質をガス化した際に発生する燃料ガスを該炉上部又は下部から導入し、80容量%以上の高濃度の酸素含有ガスを該炉の横方向から吹き込んで該燃料ガスを改質する方法であって、該酸素含有ガスを、偶数本の酸素供給ノズルを介して各酸素供給ノズルの吹き込みガスが対面の酸素供給ノズルの吹き込みガスと突合せ衝突するように吹き込み、かつ該酸素供給ノズルの改質炉内への突出長さを200mm以上としたことを特徴とする燃料ガスの改質方法。
- 前記酸素供給ノズルによる改質炉内への酸素ガスの吹き込み方向が炉中心方向から水平方向に7°以下偏心していることを特徴とする請求項1に記載の燃料ガスの改質方法。
- 前記酸素供給ノズルによる改質炉内への酸素ガスの吹き込み方向を、吹込まれた酸素ガス流が前記燃料ガス流と斜め方向に対向して衝突するように、水平方向から鉛直上方向又は鉛直下方向に傾けたことを特徴とする請求項1又は2記載の燃料ガスの改質方法。
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