JP2010270264A - 循環流動層式ガス化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】改質炉でのガス化ガスの部分燃焼に必要となる純酸素を低減し得、ランニングコストの削減を図り得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供する。
【解決手段】ガス化炉２から改質炉９へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉２に供給するガス化ガスリサイクル手段１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環流動層式ガス化方法及び装置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原料を用い、ガス化ガスを生成する循環流動層式ガス化装置の開発が進められている。

図３は従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示すものであって、該循環流動層式ガス化装置は、前記原料が投入され且つガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動媒体（硅砂等）の流動層１を形成して前記原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連結管３を介して導入され且つ空気又は酸素等の燃焼炉流動用ガスにより流動層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の燃焼排ガスを抜き出す排ガス配管６途中に設けられ且つ前記燃焼排ガスから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に供給する媒体分離手段としてのサイクロン８と、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスを酸素で部分燃焼させることによりタールを分解して改質ガスを生成する改質炉９とを備えてなる構成を有している。

前述の如き循環流動層式ガス化装置においては、通常運転時、ガス化炉２において、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動層１が形成されており、ここに石炭等の原料を投入すると、該原料は水蒸気ガス化してガス化され、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連結管３を介して、前記燃焼炉流動用ガスにより流動層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からの燃焼排ガスは、排ガス配管６を介してサイクロン８へ導入され、該サイクロン８において、前記燃焼排ガスから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、前記燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記サイクロン８で分離され、前記ダウンカマー７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化炉２の高温が保持されると共に、原料の熱分解によって生成したガスや、その残渣原料が水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、改質炉９において酸素で部分燃焼されることによりタールが分解されて改質ガスとされ、図示していない媒体分離装置で煤塵等が分離除去された後、化学プラント或いはガスタービン等に供給される一方、前記サイクロン８で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、排ガス処理設備へ送られる。

因みに、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転中の熱不足時、即ち前記ガス化炉２において原料のガス化のための充分な熱が得られないような場合には、前記ガス化炉２へ供給される原料と同じ石炭等の燃料が補助的に前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、不足する熱を補うようになっている。又、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転に到る前段階での循環予熱運転時には、前記ガス化炉２への原料の投入は行わずに、該ガス化炉２の底部から水蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、前記石炭等の燃料が予熱用として前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、該燃焼炉５での燃料の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記サイクロン８で分離され、前記ダウンカマー７を介してガス化炉２に供給されることにより、循環流動層式ガス化装置の循環予熱が行われるようになっている。

尚、前述の如き循環流動層式ガス化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００７−１１２８７３号公報

しかしながら、前述の如き従来の循環流動層式ガス化装置の場合、ガス化炉２で生成されるガス化ガス中には多量の水蒸気が含まれているため、改質炉９でのガス化ガスの部分燃焼によってガス化ガスを１３００［℃］付近まで上昇させるために、図示していない酸素製造装置から供給される多量の純酸素が必要となり、ランニングコストが嵩むという欠点を有していた。

因みに、本発明者等の試算では、前記ガス化炉２から改質炉９へ供給すべきガス化ガスの水分を除いた実質の流量が３０［ｔ／ｈ］とされる規模の循環流動層式ガス化装置の場合、前記ガス化炉２に投入される原料としての石炭の投入量を４２［ｔ／ｈ］、ガス化炉流動用ガスとしての水蒸気の供給量を２９［ｔ／ｈ］とすると、前記ガス化炉２で生成されて改質炉９へ供給されるガス化ガスのトータルの流量は６２［ｔ／ｈ］となり、該改質炉９へ供給されるガス化ガスには、前記石炭中に含まれる水分も合わせて３２［ｔ／ｈ］の水蒸気が含まれる形となり、前記改質炉９で必要となる純酸素の供給量は７．２［ｔ／ｈ］となる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、改質炉でのガス化ガスの部分燃焼に必要となる純酸素を低減し得、ランニングコストの削減を図り得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、ガス化炉でガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共に燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼熱を前記ガス化炉に供給し、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスを改質炉へ導入し酸素で部分燃焼させることによりタールを分解して改質ガスを生成する循環流動層式ガス化方法において、
通常運転時、前記ガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給することを特徴とする循環流動層式ガス化方法にかかるものである。

前記循環流動層式ガス化方法においては、前記ガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給することができる。

又、本発明は、ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原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、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼熱を前記ガス化炉に供給する燃焼炉と、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスを酸素で部分燃焼させることによりタールを分解して改質ガスを生成する改質炉とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
通常運転時、前記ガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給するガス化ガスリサイクル手段を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置にかかるものである。

前記循環流動層式ガス化装置においては、前記ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給する補助水蒸気供給手段を備えることができる。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

通常運転時、ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給すると、リサイクルされるガス化ガスによりガス化炉の内部の流動媒体が流動化されつつ、該ガス化ガス中に含まれる水蒸気成分により原料のガス化が進行し、これによって生成されたガス化ガスが改質炉に導かれ、該改質炉において酸素で部分燃焼されることによりタールが分解されて改質ガスとされるが、前記ガス化炉で生成されるガス化ガス中の水蒸気濃度が低減されるため、前記改質炉での部分燃焼に必要な純酸素量を低減することが可能となり、又、この場合、ガス化炉流動用ガスとしての水蒸気を製造するための高圧ボイラは不要となる。

但し、前述の如く、通常運転時、ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給した場合、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスのトータルの流量が増大し、ガス化ガスを流通させる配管を大径化したりしなければならなくなる可能性があるが、前記ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気供給手段から補助水蒸気を供給すると、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスのトータルの流量が増大することを抑え、ガス化ガスを流通させる配管を大径化しなくて済む。

本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置によれば、改質炉でのガス化ガスの部分燃焼に必要となる純酸素を低減し得、ランニングコストの削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。

又、本発明の循環流動層式ガス化方法において、前記ガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給する一方、循環流動層式ガス化装置において、前記ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給する補助水蒸気供給手段を備えるようにすれば、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスのトータル流量の増大を抑制し得、ガス化ガスを流通させる配管の大径化等を回避し得る。

本発明の第一実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の第二実施例を示す全体概要構成図である。 従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示す全体概要構成図である。

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は本発明の第一実施例であって、図中、図３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３に示す従来のものと同様であるが、本第一実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス化炉２から改質炉９へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉２に供給するガス化ガスリサイクル手段１０を備えた点にある。

本第一実施例の場合、前記ガス化ガスリサイクル手段１０は、前記ガス化炉２と改質炉９とをつなぐガス化ガスライン１１から分岐してガス化炉２の底部に接続されるリサイクルライン１２と、該リサイクルライン１２途中に設けられたブロワ１３とから構成してある。

次に、上記第一実施例の作用を説明する。

通常運転時、ガス化ガスリサイクル手段１０のブロワ１３を作動させることによりガス化炉２からガス化ガスライン１１を経て改質炉９へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をリサイクルライン１２へ分岐させガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉２に供給すると、リサイクルされるガス化ガスによりガス化炉２の内部の流動媒体が流動化されつつ、該ガス化ガス中に含まれる水蒸気成分により原料のガス化が進行し、これによって生成されたガス化ガスが改質炉９に導かれ、該改質炉９において酸素で部分燃焼されることによりタールが分解されて改質ガスとされるが、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガス中の水蒸気濃度が低減されるため、前記改質炉９での部分燃焼に必要な純酸素量を低減することが可能となる。又、この場合、ガス化炉流動用ガスとしての水蒸気を製造するための高圧ボイラが小型化することが可能、或いは不要となる。

尚、起動時は、通常運転に到るまでガス化ガスは前記ガス化炉２で発生させることができないため、図示していないラインから窒素或いは不活性ガスをガス化炉２へ供給し流動媒体の流動化を行って流動層１を形成し、起動が完了してガス化ガスが生成される通常運転に移行後、前記窒素或いは不活性ガスのガス化炉２への供給を停止すると共に、前述の如く、ガス化ガスリサイクル手段１０のブロワ１３を作動させ、ガス化ガスの一部をリサイクルライン１２へ分岐させるようになっている。

因みに、本発明者等の試算では、前記ガス化炉２から改質炉９へ供給すべきガス化ガスの水分を除いた実質の流量が３０［ｔ／ｈ］とされる規模の循環流動層式ガス化装置の場合、前記ガス化炉２に投入される原料としての石炭の投入量を４２［ｔ／ｈ］とすると、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量は３５２［ｔ／ｈ］、リサイクルされるガス化ガスの流量は３１９［ｔ／ｈ］、前記改質炉９へ供給されるガス化ガスの流量は３３［ｔ／ｈ］となり、該改質炉９へ供給されるガス化ガスには、前記石炭中に含まれる水分も合わせて３［ｔ／ｈ］の水蒸気が含まれ、図３に示される従来例に比べ２９［ｔ／ｈ］の水蒸気量が低減される形となり、前記改質炉９で必要となる純酸素の供給量は５．４［ｔ／ｈ］となり、図３に示される従来例に比べ１．８（＝７．２−５．４）［ｔ／ｈ］の純酸素量を低減可能となる。

こうして、改質炉９でのガス化ガスの部分燃焼に必要となる純酸素を低減し得、ランニングコストの削減を図り得る。

図２は本発明の第二実施例であって、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、本第二実施例の特徴とするところは、図２に示す如く、前記ガス化ガスリサイクル手段１０によりガス化炉２に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給する補助水蒸気供給手段１４を備えた点にある。

次に、上記第二実施例の作用を説明する。

通常運転時、ガス化ガスリサイクル手段１０によりガス化炉２から改質炉９へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉２に供給すると共に、前記ガス化ガスリサイクル手段１０によりガス化炉２に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気供給手段１４から補助水蒸気を供給すると、リサイクルされるガス化ガス及び補助水蒸気によりガス化炉２の内部の流動媒体が流動化されつつ、該ガス化ガス中に含まれる水蒸気成分及び補助水蒸気により原料のガス化が進行し、これによって生成されたガス化ガスが改質炉９に導かれ、該改質炉９において酸素で部分燃焼されることによりタールが分解されて改質ガスとされるが、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガス中の水蒸気濃度が低減されるため、前記改質炉９での部分燃焼に必要な純酸素量を低減することが可能となる。

ここで、図１に示す第一実施例の如く、通常運転時、ガス化ガスリサイクル手段１０によりガス化炉２から改質炉９へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉２に供給した場合、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量が増大し、ガス化ガスライン１１やリサイクルライン１２等のガス化ガスを流通させる配管を大径化したり、ブロワ１３を大型化しなければならなくなる可能性があるが、前記ガス化ガスリサイクル手段１０によりガス化炉２に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気供給手段１４から補助水蒸気を供給すると、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量が増大することを抑え、ガス化ガスライン１１やリサイクルライン１２等のガス化ガスを流通させる配管を大径化したり、ブロワ１３を大型化しなくて済む。

因みに、本発明者等の試算では、前記ガス化炉２から改質炉９へ供給すべきガス化ガスの水分を除いた実質の流量が３０［ｔ／ｈ］とされる規模の循環流動層式ガス化装置の場合、前記ガス化炉２に投入される原料としての石炭の投入量を４２［ｔ／ｈ］とし、前記補助水蒸気供給手段１４から供給される補助水蒸気の流量を７［ｔ／ｈ］とすると、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量は１２８［ｔ／ｈ］、リサイクルされるガス化ガスの流量は８８［ｔ／ｈ］、前記改質炉９へ供給されるガス化ガスの流量は４０［ｔ／ｈ］となり、該改質炉９へ供給されるガス化ガスには、前記石炭中に含まれる水分も合わせて１０［ｔ／ｈ］の水蒸気が含まれ、図３に示される従来例に比べ２２（＝２９−７）［ｔ／ｈ］の水蒸気量が低減される形となり、前記改質炉９で必要となる純酸素の供給量は５．６［ｔ／ｈ］となり、図３に示される従来例に比べ１．６（＝７．２−５．６）［ｔ／ｈ］の純酸素量を低減可能となり、更に、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量は図１に示す第一実施例に比べ２２４（＝３５２−１２８）［ｔ／ｈ］少なくて済み、前記リサイクルされるガス化ガスの流量は図１に示す第一実施例に比べ２３１（＝３１９−８８）［ｔ／ｈ］少なくて済む。

又、前述と同じ条件で、前記補助水蒸気供給手段１４から供給される補助水蒸気の流量を１４．５［ｔ／ｈ］とすると、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量は８６．９［ｔ／ｈ］、リサイクルされるガス化ガスの流量は３９．４［ｔ／ｈ］、前記改質炉９へ供給されるガス化ガスの流量は４７．５［ｔ／ｈ］となり、該改質炉９へ供給されるガス化ガスには、前記石炭中に含まれる水分も合わせて１７．５［ｔ／ｈ］の水蒸気が含まれ、図３に示される従来例に比べ１４．５（＝２９−１４．５）［ｔ／ｈ］の水蒸気量が低減される形となり、前記改質炉９で必要となる純酸素の供給量は６．３［ｔ／ｈ］となり、図３に示される従来例に比べ０．９（＝７．２−６．３）［ｔ／ｈ］の純酸素量を低減可能となり、更に、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータルの流量は図１に示す第一実施例に比べ２６５．１（＝３５２−８６．９）［ｔ／ｈ］少なくて済み、前記リサイクルされるガス化ガスの流量は図１に示す第一実施例に比べ２７９．６（＝３１９−３９．４）［ｔ／ｈ］少なくて済む。

こうして、図２に示す第二実施例においても、図１に示す第一実施例と同様、改質炉９でのガス化ガスの部分燃焼に必要となる純酸素を低減し得、ランニングコストの削減を図り得る。更に、図２に示す第二実施例においては、前記ガス化炉２で生成されるガス化ガスのトータル流量の増大を抑制し得、ガス化ガスライン１１やリサイクルライン１２等のガス化ガスを流通させる配管の大径化並びにブロワ１３の大型化を回避し得る。

尚、図２に示す第二実施例の場合、ブロワ１３を設ける代わりに、補助水蒸気供給手段１４から供給される補助水蒸気の圧力によりガス化ガスの一部を吸引して該水蒸気と一緒にガス化炉２へ供給するエジェクタを用いるようにすることも可能である。

又、本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置は、上述の実施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。

１ 流動層
２ ガス化炉
４ 流動層
５ 燃焼炉
８ サイクロン
９ 改質炉
１０ ガス化ガスリサイクル手段
１１ ガス化ガスライン
１２ リサイクルライン
１３ ブロワ
１４ 補助水蒸気供給手段

Claims (4)

1. ガス化炉でガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共に燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼熱を前記ガス化炉に供給し、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスを改質炉へ導入し酸素で部分燃焼させることによりタールを分解して改質ガスを生成する循環流動層式ガス化方法において、
   通常運転時、前記ガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給することを特徴とする循環流動層式ガス化方法。
2. 前記ガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給するようにした請求項１記載の循環流動層式ガス化方法。
3. ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原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、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼熱を前記ガス化炉に供給する燃焼炉と、前記ガス化炉で生成されるガス化ガスを酸素で部分燃焼させることによりタールを分解して改質ガスを生成する改質炉とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
   通常運転時、前記ガス化炉から改質炉へ導かれる水蒸気を含むガス化ガスの一部をガス化炉流動用ガスとして且つガス化剤として前記ガス化炉に供給するガス化ガスリサイクル手段を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。
4. 前記ガス化ガスリサイクル手段によりガス化炉に供給されるガス化ガスを補うために補助水蒸気を供給する補助水蒸気供給手段を備えた請求項３記載の循環流動層式ガス化装置。

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