JP2011042697A - 循環流動層式ガス化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し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】媒体分離装置８で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉１５から熱分解炉１４を経由してガス化炉２へ戻すと共に、原料を不活性ガスにより流動層１４ａが形成されている熱分解炉１４へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａ底部へ導いて流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、熱分解炉１４で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体をガス化炉２へ導入し、ガス化炉２で原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを燃焼炉５へ導入し、燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とするよう構成する。
【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４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抜出ループシール管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媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に供給するサイクロン等の媒体分離装置８とを備えてなる構成を有している。

尚、図４中、９は前記原料をガス化炉２に投入する原料投入管、１０は前記ガス化炉２の底部に形成されたウインドボックス、１１は該ウインドボックス１０へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉２内部へ均一に吹き込んで流動層１を形成するための多数の散気ノズル（図示せず）を有する散気板、１２は前記燃焼炉５の底部に形成されたウインドボックス、１３は該ウインドボックス１２へ導入される燃焼炉流動用ガスを燃焼炉５内部へ均一に吹き込んで流動層４を形成するための多数の散気ノズル１３ａを有する散気板である。

又、前記媒体流下管７の途中にはループシール部７ａが形成され、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスが媒体分離装置８へ逆流しないようにしてある。

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ウインドボックス１０の散気板１１上に流動層１が形成されており、ここに原料投入管９から石炭等の原料を投入すると、該原料はガス化され、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抜出ループシール管３を介し抜き出されて、前記燃焼炉流動用ガスによりウインドボックス１２の散気板１３上に流動層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媒体流下管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を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管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、その熱分解残渣（チャー）が水蒸気と反応することによって、水蒸気ガス化反応［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、図示していないサイクロン等の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、前記媒体分離装置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量不足時、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を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管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、２、３がある。

特開平３−２８７６９５号公報 特開２００６−２６５４５４号公報 特開２００６−２１３８１７号公報

ところで、前述の如き循環流動層式ガス化装置の場合、石炭やバイオマス等の有機物原料の低温水蒸気ガス化反応（７００〜９００［℃］）では、タールを含む熱分解ガスにより、可燃性固形分としての熱分解残渣（チャー）の水蒸気ガス化反応が阻害されるため、水蒸気ガス化反応から熱分解ガスを分離することが望まれる。又、熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすいため、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性がある。よって、分離した熱分解ガスの有効利用にはその精製が望まれる。

そして、流動層を用いた熱分解ガス化装置は前記特許文献１、２、３に開示されているが、次のような問題点があった。

前記特許文献１に開示されている石炭の熱分解・ガス化法においては、燃料として微粉炭しか使用できないため、バイオマス等の有機物原料が使用できず、又、一部の未反応チャーがガス化炉底部から排出されるため、炭素転化率が低くなる可能性があった。

前記特許文献２に開示されている循環流動式ガス化炉においては、ガス化部であるダウンカマーの上部のサイクロン出口からガス化ガスが排出されるので、熱媒体である流動砂の循環速度が低くなり、放熱が大きくなる一方、足りない熱量は熱風炉バーナで補われるため、コストが高くなる可能性があった。

前記特許文献３に開示されている流動層ガス化ガス精製方法及び精製装置においては、ガス化反応から熱分解ガスを分離していないので、ガス化反応が阻害され炭素転化率が低くなる可能性があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し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、ガス化炉でガス化剤を兼ねる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ガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉から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炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻すと共に、
前記原料を不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、
前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉へ導入し、該ガス化炉で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを前記燃焼炉へ導入し、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤と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。

又、本発明は、ガス化剤を兼ねる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う燃焼炉と、該燃焼炉の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前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体が導入されて内部に流動層が形成され、該活性精製剤により熱分解ガスを精製する熱分解ガス精製炉と、
該熱分解ガス精製炉から流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とが導入され、不活性ガスにより流動層を形成し、該流動層で投入される原料を熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを前記熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導くと共に、前記熱分解ガスが分離された原料と流動媒体と反応後精製剤とを前記ガス化炉へ導く熱分解炉と
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。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体は熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻される形となる。

ここで、原料は、不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入され熱分解されて熱分解ガスが発生し、該熱分解ガスが熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導かれて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製される。

前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体は前記ガス化炉へ導入され、該ガス化炉で前記原料のガス化のみが行われ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とが前記燃焼炉へ導入され、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤が活性化され活性精製剤となり、高温となった流動媒体と一緒に循環される。

この結果、ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスを水蒸気とした場合であっても、原料は熱分解炉でタールを含む熱分解ガスが分離された後にガス化炉へ導入されるため、該ガス化炉において、前記熱分解ガスにより可燃性固形分としての熱分解残渣（チャー）の水蒸気ガス化反応が阻害されることが避けられ、炭素転化率を高めることが可能となる。

又、前記熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすく、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性があるが、前記熱分解炉で分離された熱分解ガスは、熱分解ガス精製炉で精製されているため、燃焼炉或いは蒸気生成装置等の補助燃料として使用可能となる。

前記循環流動層式ガス化装置においては、前記熱分解ガス精製炉の流動層の水平断面積を、前記熱分解炉の流動層の水平断面積とは異なるサイズにすることができ、このようにすると、熱分解炉で発生した熱分解ガスが熱分解ガス精製炉に滞留する時間を調節でき、熱分解ガスが熱分解ガス精製炉の流動層を通過する際により一層充分に精製される形となる。

本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置によれば、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得るという優れた効果を奏し得る。

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。 本発明の第三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４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４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の上部に、熱分解炉１４と熱分解ガス精製炉１５とを積み重ねるように配設し、媒体分離装置８で分離され活性精製剤を含む流動媒体を媒体流下管７により熱分解ガス精製炉１５から熱分解炉１４を経由して前記ガス化炉２へ戻すと共に、原料投入管９から原料を窒素等の不活性ガスにより流動層１４ａが形成されている熱分解炉１４へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａ底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、前記熱分解炉１４で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉２へ導入し、該ガス化炉２で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分（チャーを含むガス化残渣）と反応後精製剤とを抜出ループシール管３を介して燃焼炉５へ導入し、該燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とするよう構成した点にある。

本第一実施例の場合、前記熱分解炉１４の底部には、前記ガス化炉２と同様のウインドボックス１６を形成すると共に、該ウインドボックス１６に導入される窒素等の不活性ガスを熱分解炉１４内部へ均一に吹き込んで流動層１４ａを形成するための多数の散気ノズル（図示せず）を有する散気板１７を設け、又、前記熱分解炉１４と、該熱分解炉１４の上に配設される熱分解ガス精製炉１５とは、多数の散気ノズル（図示せず）を有する散気板１８によって仕切ることにより、前記熱分解炉１４で発生した熱分解ガスを散気板１８から熱分解ガス精製炉１５内部へ均一に吹き込んで流動層１５ａを形成するようにしてある。

又、前記熱分解ガス精製炉１５と熱分解炉１４との間には、熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａから流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とをオーバーフローさせて熱分解炉１４へ導くためのオーバーフロー管１９を配設し、前記熱分解炉１４とガス化炉２との間には、熱分解炉１４の流動層１４ａから流動媒体と熱分解ガスが分離された原料とをオーバーフローさせてガス化炉２へ導くためのオーバーフロー管２０を配設してある。

一方、前記熱分解ガス精製炉１５で精製された熱分解ガスは、燃焼炉５へ導入し、その補助燃料として使用するようにしてある。但し、前記熱分解ガスは、図示していない蒸気生成装置等の補助燃料として使用することも可能である。

尚、前記精製剤としては、例えば、ＣａＣＯ₃、ＭｇＣＯ₃等を含む天然鉱物を用いることができる。

次に、上記第一実施例の作用を説明する。

前記媒体分離装置８で分離され活性精製剤を含む流動媒体は、媒体流下管７により熱分解ガス精製炉１５に導入され、該熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａからオーバーフロー管１９を介して熱分解炉１４の流動層１４ａへ流下し、該熱分解炉１４の流動層１４ａからオーバーフロー管２０介して前記ガス化炉２へ戻される形となる。

ここで、原料投入管９に供給される原料は、ウインドボックス１６に導入され且つ散気板１７の多数の散気ノズル（図示せず）から吹き出される窒素等の不活性ガスにより流動層１４ａが形成されている熱分解炉１４へ投入され熱分解されて熱分解ガスが発生し、該熱分解ガスが散気板１８の多数の散気ノズル（図示せず）から熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａ底部へ導かれて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製される。

前記熱分解炉１４で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体は、オーバーフロー管２０を介して前記ガス化炉２へ導入され、該ガス化炉２で前記原料のガス化のみが行われ、流動媒体と可燃性固形分（チャーを含むガス化残渣）と反応後精製剤とが抜出ループシール管３を介して前記燃焼炉５へ導入され、該燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤が活性化され活性精製剤となり、高温となった流動媒体と一緒に循環される。

この結果、ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスを水蒸気とした場合であっても、原料は熱分解炉１４でタールを含む熱分解ガスが分離された後にガス化炉２へ導入されるため、該ガス化炉２において、前記熱分解ガスにより可燃性固形分としての熱分解残渣（チャー）の水蒸気ガス化反応が阻害されることが避けられ、炭素転化率を高めることが可能となる。

又、前記熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすく、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性があるが、前記熱分解炉１４で分離された熱分解ガスは、熱分解ガス精製炉１５で精製されているため、燃焼炉５（或いは図示していない蒸気生成装置等）の補助燃料として使用可能となる。

こうして、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る。

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に示す第一実施例と同様であるが、本第二実施例の特徴とするところは、図２に示す如く、熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａの水平断面積を、前記熱分解炉１４の流動層１４ａの水平断面積より大きくした点にある。

上記第二実施例の如く、前記熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａの水平断面積を、前記熱分解炉１４の流動層１４ａの水平断面積より大きくすると、熱分解炉１４で発生した熱分解ガスが熱分解ガス精製炉１５に滞留する時間が長くなり、熱分解ガスが熱分解ガス精製炉１５の流動層１５ａを通過する際により一層充分に精製される形となる。

こうして、第二実施例においても第一実施例の場合と同様、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る。

図３は本発明の第三実施例であって、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に示す第一実施例と同様であるが、本第三実施例の特徴とするところは、図３に示す如く、熱分解炉１４及び熱分解ガス精製炉１５をガス化炉２から分離して別体とした点にある。

上記第三実施例の如く、前記熱分解炉１４及び熱分解ガス精製炉１５をガス化炉２から分離して別体とすると、第一実施例における作用効果と全く同じ作用効果が得られることに加え更に、建屋の関係でガス化炉２の上部に充分な空間がないような場合であっても、前記熱分解炉１４及び熱分解ガス精製炉１５をガス化炉２から離れた位置に配置することが可能となり、機器のレイアウトの自由度を増す上で有効となる。

尚、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
３ 抜出ループシール管
５ 燃焼炉
７ 媒体流下管
８ 媒体分離装置
９ 原料投入管
１０ ウインドボックス
１１ 散気板
１４ 熱分解炉
１４ａ 流動層
１５ 熱分解ガス精製炉
１５ａ 流動層
１６ ウインドボックス
１７ 散気板
１８ 散気板
１９ オーバーフロー管
２０ オーバーフロー管

Claims (3)

1. ガス化炉でガス化剤を兼ねる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ガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉から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炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層式ガス化方法において、
   前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻すと共に、
   前記原料を不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、
   前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉へ導入し、該ガス化炉で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを前記燃焼炉へ導入し、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とすることを特徴とする循環流動層式ガス化方法。
2. ガス化剤を兼ねる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う燃焼炉と、該燃焼炉の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前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
   前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体が導入されて内部に流動層が形成され、該活性精製剤により熱分解ガスを精製する熱分解ガス精製炉と、
   該熱分解ガス精製炉から流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とが導入され、不活性ガスにより流動層を形成し、該流動層で投入される原料を熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを前記熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導くと共に、前記熱分解ガスが分離された原料と流動媒体と反応後精製剤とを前記ガス化炉へ導く熱分解炉と
   を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。
3. 前記熱分解ガス精製炉の流動層の水平断面積を、前記熱分解炉の流動層の水平断面積とは異なるサイズにした請求項２記載の循環流動層式ガス化装置。

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