JP2013103987A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質できるようにする。
【解決手段】流動層ガス化炉１に装入される流動粒子３よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体２４をガス化室２に投入し流動層６の上面に浮遊触媒体２４によるタール捕捉改質層２５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質するようにしたガス化装置に関するものである。

近年、石炭及びバイオマス等の固体原料を用いて発電用の燃料ガス等に用いられるガス化ガスを製造するガス化装置として、流動層を用いた流動層ガス化炉の開発が進められている。

流動層ガス化炉では、固体原料を、熱媒体としての砂等の流動粒子により加熱すると共に、水蒸気等のガス化剤を供給することによりガス化を行ってガス化ガスを製造している。流動層ガス化炉としては、ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉（特許文献１参照）と、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉（特許文献２参照）が知られている。

一方、ガス化装置で石炭及びバイオマス等の固体原料をガス化した際には、生成したガス化ガス中にタールが含まれており、このガス化ガス中のタールは下流の配管及び機器に付着して閉塞させる等の問題を生じる。

このため、従来では、生成したガス化ガスに水を接触させることによりタールを凝縮させて除去することが実施されてきた。しかし、この場合、除去されたタールは単に廃棄されることになるためエネルギ的な面で損失になる問題があると共に、タールを除去した後の排水は排水処理装置で処理する必要があり、処理費用が多大になるという問題があった。

上記タールの問題に対処するために、ガス化装置の下流においてガス化ガス中のタールを分解等の操作により有効に回収するようにしたものがある（特許文献３、４、５参照）。

特許文献３では、ガス化装置下流に廃熱ボイラを介してタール改質塔を設けており、ガス化ガスを昇温してタール改質塔に導くことにより触媒と接触させて炭化水素等に分解している。特許文献４では、ガス化装置の下流に触媒層を有する複数の反応容器を備えて、ガス化ガス中のタールを触媒層により分解している。特許文献５では、ガス化ガスとガス化剤を選択的に流通させるよう区画したセラミック層を設け、ガス化装置からのガス化ガスをセラミック層に流通させてタールを捕捉するタール除去運転と、タールを捕捉したセラミック層にガス化剤を流通させてガス化装置に戻す再生運転とを交互に行うように切り換えている。

特開２００３−１７６４８６号公報 特開２００９−１３８１０７号公報 特許第３５４９７１１号公報 特開２０１０−１１１７７９号公報 特開２０１０−０４７７１９号公報

特許文献３では、ガス化装置とは別にタール改質塔が必要であり、プラントの運転操作が複雑になる問題がある。更に、タール改質塔に導入するガス化ガスは所定の温度まで昇温しなければならないため、プラント全体の効率が低下する問題がある。

特許文献４では、複数の反応容器を備えており、プラントの運転操作が繁雑になる問題がある。触媒層をガス化ガスが通るため、短時間で触媒層が閉塞する可能性がある。

特許文献５では、運転中にガス化ガスとガス化剤の流路を切り換える必要があるためプラントの運転操作が複雑になる問題がある。ガス化ガスの流路を切り換えるために、切換箇所がタールによって閉塞する可能性がある。

上記特許文献３、４、５に示したように、ガス化ガス中のタールを有効に利用するためには、ガス化装置の下流にタールを処理するための専用の設備を備える必要があり、このために、設備が大型且つ複雑になると共に、複雑な操作が必要になるという問題を有していた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質できるようにしたガス化装置を提供しようとするものである。

本発明は、流動層ガス化炉に装入される流動粒子よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体をガス化室に投入しガス化室の流動層の上面に浮遊触媒体によるタール捕捉改質層を形成したことを特徴とするガス化装置、に係るものである。

上記ガス化装置において、前記浮遊触媒体は、中空の形状を有していてもよい。

上記ガス化装置において、前記流動層ガス化炉は、前記ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉であってもよい。

又、上記ガス化装置において、前記加熱装置で加熱した流動粒子を前記ガス化室の流動層に供給する粒子供給口を、前記タール捕捉改質層の上部に設けたことは好ましい。

又、上記ガス化装置において、前記流動層ガス化炉は、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉であってもよい。

本発明によれば、ガス化室で生成する生成ガス中のタールは、流動層の上面に形成されたタール捕捉改質層の浮遊触媒体の外部を流動する間に浮遊触媒体に捕捉され、捕捉されたタールは浮遊触媒体の触媒の作用により効果的に改質されるという優れた効果を奏し得る。

本発明のガス化装置の第１の実施例を示すもので、外部循環ガス化炉に適用した場合の側面図である。 浮遊触媒体の一例を示す断面図である。 （ａ）は本発明のガス化装置の第２の実施例を示すもので、内部循環ガス化炉に適用した場合の側面図、（ｂ）は（ａ）をＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ方向から見た正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は外部循環ガス化炉に適用した本発明のガス化装置の第１の実施例であり、外部循環ガス化炉１は、ガス化室２に熱媒体としての流動粒子３を装入してあり、下側の散気装置４から供給される水蒸気等のガス化剤５により流動粒子３を流動化して流動層６を形成している。前記ガス化室２の一側壁２ａにおける流動層６の上部位置には、流動粒子３を供給する粒子供給口７を設けると共に、石炭或いはバイオマス等の固体原料８を供給する原料供給口９を設けている。前記ガス化室２の他側壁２ｂには、流動層６の上面近傍の流動粒子３と未反応のチャーを外部に取り出すオーバフロー管１０を設けている。前記ガス化室２内における前記他側壁２ｂから所要の距離を隔てた位置には、上縁が流動層６上側のフリーボード１１の途中まで延び、下縁が前記散気装置４の上面と間隔１２を隔てた位置まで延びた仕切壁１３を設けて取出室１４を形成している。

前記原料供給口９から供給される固体原料８は、粒子供給口７から供給される流動粒子３と共に流動層６に供給されて加熱されると共に、下側の散気装置４から供給されるガス化剤５によりガス化され、生成した生成ガス１６は上部の取出口１７から外部に取り出される一方、ガス化されない未反応のチャーは流動粒子３と共に、流動しながらガス化室２内を順次他側壁２ｂ側へ移動し、仕切壁１３の下部の間隔１２を潜り抜けることにより取出室１４に移動して前記オーバフロー管１０から取り出される。前記仕切壁１３は、固体原料８が十分にガス化されずに流動層６の上面を移動してオーバフロー管１０に向かうのを防止している。

前記オーバフロー管１０から取り出された流動粒子３及び未反応のチャーは燃焼炉１８に導かれ、燃焼炉１８の下部から散気装置１９を介して供給される空気２０によりチャーを燃焼することにより前記流動粒子３を加熱する。燃焼炉１８の上部から取り出される高温ガス２１はサイクロン等の分離装置２２に導かれて流動粒子３と排気ガス２３とに分離され、分離された流動粒子３は再び前記粒子供給口７に循環される。

上記した外部循環ガス化炉１において、該外部循環ガス化炉１に装入される流動粒子３よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体２４を、前記ガス化室２の一側壁２ａと仕切壁１３との間に投入する。この浮遊触媒体２４は、前記流動粒子３よりも大きい径を有しており、且つ前記流動粒子３よりも嵩密度が小さいために、流動層６の上面に浮遊するようになる。

そして、流動層６の上面が１層以上の浮遊触媒体２４で覆われるように該浮遊触媒体２４を投入することにより、タール捕捉改質層２５を形成する。

この時、前記粒子供給口７は、タール捕捉改質層２５の上部から流動粒子３を供給するように設けることが好ましい。

前記流動層６の上面に浮遊する浮遊触媒体２４は、仕切壁１３によって取出室１４へは移動することができないため、常に一定のタール捕捉改質層２５を流動層６の上面に保持する。

前記浮遊触媒体２４としては、例えば図２に示す如く、セラミック或いは金属等からなる中空の球体２６の表面にアルミナ、ゼオライト等のタールの改質に有効な公知の触媒２７を一体化することによって、軽量で且つ所定の強度を有したものとすることができ、又、触媒の粒子と他の金属等の粒子とを焼結する等により中空の球状とすることもできる。更に、前記浮遊触媒体２４は、流動粒子３よりも嵩密度が小さく流動層６の上面に浮くことができれば中実であってもよい。即ち、セラミック或いは金属等の粒子を焼結した中実の球体の表面に触媒を一体化する、或いは、触媒の粒子と他の金属等の粒子とを焼結した中実の球体とすることにより中実の浮遊触媒体２４が得られる。

浮遊触媒体２４が球状を有していることは、流動層６の上面を好適に動き回ることができるため、タールの捕捉を高めることができ、且つ、順次粒子供給口７側に移動して高温の流動粒子３によって加熱されるようになるので、好ましいと言える。しかし、前記浮遊触媒体２４は、流動層６の上面に浮くことができ、且つ、流動層６の流動によって損傷することがない所定以上の強度を有していれば、その形状、構造は任意に選定することができる。

次に、上記第１の実施例の作動を説明する。

図１に示すように、ガス化室２の一側壁２ａに設けた原料供給口９から供給される石炭或いはバイオマス等の固体原料８は、粒子供給口７からの高温の流動粒子３と共に、タール捕捉改質層２５の上部から流動層６に供給される。固体原料８は高温の流動粒子３によって加熱されると共に、下部の散気装置４から供給される水蒸気等のガス化剤５の作用を受けてガス化され、生成した生成ガス１６は流動層６上部のタール捕捉改質層２５を通ってフリーボード１１に導かれ、取出口１７から外部に取り出される。

前記生成ガス１６がタール捕捉改質層２５を通る際には、生成ガス１６に含まれるタールが図２の浮遊触媒体２４に付着して捕捉される。この時、前記浮遊触媒体２４は流動層６の上面で動き回り、しかも、タール捕捉改質層２５は複数層の浮遊触媒体２４を有しているので、タールは効果的に捕捉される。

そして、浮遊触媒体２４に捕捉されたタールは、流動層６上面の浮遊触媒体２４によってガス化雰囲気に保持されるので、改質時間が保持されてタールは効果的に改質されるようになる。

更に、前記粒子供給口７はタール捕捉改質層２５の上部に位置するように設けているので、浮遊触媒体２４は順次粒子供給口７側に移動するようになり、浮遊触媒体２４は高温の流動粒子３によって効果的に加熱されるようになり、タールの改質が促進される。

図３（ａ），（ｂ）は内部循環ガス化炉に適用した本発明のガス化装置の第２の実施例であり、内部循環ガス化炉２８は、流動粒子３を装入して散気装置４からのガス化剤５によって流動層６を形成する容器２９内に、天井部から下部の散気装置４と間隔３０を有して流動層６の内部まで延びた第１仕切壁３１を設けることによりガス化室３２と燃焼室３３を構成している。そして、ガス化室３２の流動層６の上部位置には、石炭或いはバイオマス等の固体原料８を供給する原料供給口９を設けている。４１は燃焼室３３の排ガス４２を取り出す排ガス出口である。

一方、前記燃焼室３３には、散気装置４から流動層６の上面近傍まで延びる第２仕切壁３４を設けてあり、前記第１仕切壁３１と第２仕切壁３４との間における循環室３５と、流動燃焼室３６とを形成している。

そして、前記散気装置４は、ガス化室３２のチャーが流動粒子３と共に燃焼室３３に移動し、燃焼室３３で加熱された流動粒子３がガス化室３２に移動する循環が行われるように構成している。

即ち、前記散気装置４は、ガス化室３２に対応するガス化用散気室３７と循環室３５に対応する第１循環用散気室３８と、前記流動燃焼室３６における第２仕切壁３４近傍の第２循環用散気室３９と反第２仕切壁３４側の燃焼用散気室４０とを有している。

又、図３（ｂ）は、容器２９の幅方向（図３（ａ）の紙面に鉛直な方向）の中心に原料供給口９を備えた場合を示す正面図であり、この実施例では、前記第１循環用散気室３８と第２循環用散気室３９は、幅方向中心の中央部区画室３８ａ，３９ａと幅方向側部の側部区画室３８ｂ，３９ｂとに夫々区画されている。

そして、図３（ａ）のガス化用散気室３７と燃焼用散気室４０から噴出して流動層６を形成しているガス化剤５の通常の噴出速度Ａに対して、第１循環用散気室３８の中央部区画室３８ａからの噴出速度は小さい速度Ｂとなっており、第１循環用散気室３８の側部区画室３８ｂからの噴出速度は大きい速度Ｃとなっている。

これに対し、第２循環用散気室３９の中央部区画室３９ａからの噴出速度は、前記通常の噴出速度Ａに対して、前記とは逆に大きい速度Ｃとなっており、第２循環用散気室３９の側部区画室３９ｂからの噴出速度は小さい速度Ｂとなっている。前記各区画室から噴出させるガス化剤５の噴出速度は、各区画室に供給するガス化剤５の圧力を調節することによって設定できる。

従って、図３（ｂ）の幅方向中心の原料供給口９からガス化室３２に供給された固体原料８は、通常の噴出速度Ａのガス化剤５の作用によりガス化される。この時、ガス化室３２と間隔３０によって連通している循環室３５では、第１循環用散気室３８の側部区画室３８ｂからの噴出速度が大きい速度Ｃとなっており、一方、第２循環用散気室３９の側部区画室３９ｂからの噴出速度は小さい速度Ｂとなっているため、循環室３５内の流動粒子３とチャーは、図３（ｂ）の左右側部において第２仕切壁３４を乗り超えて流動燃焼室３６に流入するようになる。従って、前記ガス化室３２の流動粒子３とチャーは、順次側部に移動して循環室３５に供給されるようになる。

又、第２循環用散気室３９の中央部区画室３９ａからの噴出速度が大きい速度Ｃとなっており、一方、第１循環用散気室３８の中央部区画室３８ａからの噴出速度は小さい速度Ｂとなっているため、流動燃焼室３６で加熱された流動粒子３は、図３（ｂ）の左右幅方向中央部から第２仕切壁３４を乗り超えて循環室３５に流入し、更に、第１仕切壁３１下部の間隔３０から前記ガス化室３２の幅方向中央下部に流入するようになる。これにより、ガス化室３２と燃焼室３３との間での流動粒子３の内部循環が行われる。

前記内部循環ガス化炉２８において、該内部循環ガス化炉２８に装入される流動粒子３よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体２４を、前記ガス化室３２に投入し、これにより所要厚さのタール捕捉改質層２５を流動層６の上面に形成する。浮遊触媒体２４には前記実施例と同様のものを用いる。

前記ガス化室３２には循環室３５との間を仕切る第１仕切壁３１が設けてあるので、流動層６の上面に浮遊する浮遊触媒体２４は循環室３５側へ移動することができず、よって、常に一定のタール捕捉改質層２５を流動層６上面に保持することができる。

原料供給口９からガス化室３２に供給される固体原料８は、燃焼室３３から供給される流動粒子３によって加熱されると共に、下部から供給されるガス化剤５の作用を受けてガス化され、生成した生成ガス１６は流動層６上面のタール捕捉改質層２５を通りフリーボード１１に導かれ、取出口１７から外部に取り出される。

前記生成ガス１６がタール捕捉改質層２５を通る際には、生成ガス１６に含まれるタールが浮遊触媒体２４に付着して捕捉される。この時、前記浮遊触媒体２４は流動層６の上面で動き回り、しかも、タール捕捉改質層２５は複数層の浮遊触媒体２４を有しているので、タールは効果的に捕捉される。そして、浮遊触媒体２４に捕捉されたタールは流動層６上面の浮遊触媒体２４によってガス化雰囲気に保持されるので、改質時間が保持されてタールは効果的に改質されるようになる。

尚、本発明のガス化装置は、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 外部循環ガス化炉（流動層ガス化炉）
２ ガス化室
３ 流動粒子
６ 流動層
７ 粒子供給口
１８ 燃焼炉
２４ 浮遊触媒体
２５ タール捕捉改質層
２８ 内部循環ガス化炉（流動層ガス化炉）
２９ 容器
３１ 第１仕切壁（仕切壁）
３２ ガス化室
３３ 燃焼室

Claims (5)

1. 流動層ガス化炉に装入される流動粒子よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体をガス化室に投入しガス化室の流動層の上面に浮遊触媒体によるタール捕捉改質層を形成したことを特徴とするガス化装置。
2. 前記浮遊触媒体は、中空の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
3. 前記流動層ガス化炉は、前記ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化装置。
4. 前記加熱装置で加熱した流動粒子を前記ガス化室の流動層に供給する粒子供給口が、前記タール捕捉改質層の上部に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のガス化装置。
5. 前記流動層ガス化炉は、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化装置。

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