JP2015091908A - ガス化ガスの昇温方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな熱交換器の導入が不要で、生成したガス化ガスを減少させることなくガス化ガスを改質に必要な温度まで昇温させる。
【解決手段】流動粒子１３を加熱する流動燃焼炉２と、流動粒子１３を排ガス１６から分離するサイクロン３と、流動粒子１３が導かれるダウンカマー５と、ダウンカマー５によって導かれた流動粒子１３の熱によって、ガス化原料を水蒸気２１の存在下でガス化させてガス化ガス２３を生成する流動層ガス化炉８と、ガス化ガス２３からタールを除去する改質炉１１と、を備えた二塔式ガス化炉において、サイクロン３とダウンカマー５の間を、流動粒子１３の移動が可能で、ガス化ガス２３を移動不可にするシール手段６によってシールし、流動層ガス化炉８で生成したガス化ガス２３をガス化ガス管１０がダウンカマー５に導いて流動粒子１３と直接接触させて熱交換し、改質炉１１で改質するために必要な温度に昇温したのちに改質炉１１へ導く。
【選択図】図１

Description

本発明は、二塔式ガス化炉で生成されたガス化ガスの昇温方法及び装置に関する。

近年、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥等の炭化水素資源のガス化原料を利用し、生成したガスを可燃ガスとして供給する流動層ガス化装置の開発が進められている。例えば、流動層ガス化装置は、砂等の加熱した流動粒子によってガス化原料を７００℃〜９００℃で加熱しつつガス化剤として水蒸気を供給することによって流動層を形成し、この流動層の熱によってガス化原料をガス化してガス化ガスを製造している。

この流動層ガス化装置は、酸素や空気を用いて２０００℃の高温で部分酸化する方法よりも、コストを低減できる。しかし、生成されたガス化ガスには、高温で部分酸化する方法よりもタールが多く含まれてしまう。したがって、このようなタールを多く含むガス化ガスを装置に用いた際にガス化ガスの温度が低下すると、ガス化ガスに含まれるタールが凝縮し、配管の閉塞、システムで使用する機器の故障、触媒の被毒等の問題が生じてしまう。

そこで、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスは、下流にタール改質炉を設けてタールを除去していた。ここで、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスは、下流のタール改質炉に導かれた際に改質に必要な温度よりも低い温度である。このため、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスは、改質前に熱交換器によって加熱して改質に必要な温度まで昇温させたり、酸素又は空気によって生成したガス化ガスの一部を燃焼させて改質に必要な温度まで昇温させたりしていた（特許文献１）。

特開２００４−１８２９０３号公報

しかしながら、熱交換器で改質に必要な温度まで昇温させる方法は、構造を複雑にし、コストアップにつながっていた。また、生成ガスの一部を燃焼させて改質に必要な温度まで昇温させる方法は、せっかく生成したガス化ガスを減少させてガス化ガス効率を低下させていた。

そこで、本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置は、新たに熱交換器を導入することなく、また、ガス化ガス効率を低下させることなくガス化ガスを改質に必要な温度まで昇温させることを目的とする。

本発明の二塔式ガス化炉におけるガス化ガスの昇温方法は、流動粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動粒子を排出する流動燃焼炉と、前記流動燃焼炉によって加熱された流動粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、前記粒子分離器によって分離された流動粒子が導かれるダウンカマーと、前記ダウンカマーによって導かれた流動粒子の熱によって、ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、を備え、前記粒子分離器と前記ダウンカマーの間を、流動粒子を移動可能に、且つ、ガス化ガスを移動不可にするシール手段によってシールし、前記流動層ガス化炉で生成したガス化ガスをガス化ガス管が前記ダウンカマーに導いて流動粒子と直接接触させて熱交換し、改質炉で改質するために必要な温度に昇温したのちに前記改質炉へ導くことを特徴としている。

前記粒子分離器によって分離された流動粒子は、前記ダウンカマーに接線方向から投入されることが好ましい。

本発明のガス化ガスの昇温装置は、流動粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動粒子を排出する流動燃焼炉と、前記流動燃焼炉によって加熱された流動粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、前記粒子分離器によって分離された流動粒子が導かれるダウンカマーと、前記ダウンカマーによって導かれた流動粒子の熱によって、ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、を備えている。前記粒子分離器と前記ダウンカマーの間を、流動粒子を移動可能に、且つ、ガス化ガスを移動不可にシールするシール手段と、前記流動層ガス化炉で生成されたガス化ガスを改質炉へ導き、流路の一部が前記ダウンカマーであるガス化ガス管と、を備え、ガス化ガスは、前記ダウンカマーで流動粒子と直接接触して熱交換し、前記改質炉で改質するために必要な温度に昇温されることを特徴としている。

本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置によれば、新たに熱交換器を導入することなく、また、ガス化ガス効率を低下させることなくガス化ガスを改質に必要な温度まで昇温できる。

ガス化ガスの昇温方法及び装置が適用される二塔式ガス化炉を示す概略構成図である。 流動粒子が接線方向からダウンカマーに投入される様子を示す図であり、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。

以下、本発明を実施するための形態の例（以下、実施例と称する）を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置が適用される二塔式ガス化炉を示す概略構成図である。図２は、流動粒子が接線方向からダウンカマーに投入される様子を示す図であり、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。本発明のガス化ガスの昇温装置１は、流動燃焼炉２と、サイクロン３（粒子分離器）と、ダウンカマー５と、シール手段６，７と、流動層ガス化炉８と、ガス化ガス管１０と、を備え、ガス化ガス２３を改質炉１１で改質するために必要な温度に昇温する。

流動燃焼炉２には、流動層ガス化炉８からオーバーフロー管１２を介して流動粒子１３とチャー１４が投入される。流動燃焼炉２は、下部から空気１５が供給されており、チャー１４の燃焼によって流動粒子１３を加熱し、上部から排ガス１６とともに流動粒子１３を排出する。ここで、流動粒子１３は、例えば、砂、硅砂、石灰、アルミナ等である。この流動粒子１３を含んだ排ガス１６は、排ガス管１７を通ってサイクロン３へ導かれる。

サイクロン３は、流動燃焼炉２によって加熱された流動粒子１３を排ガス１６から分離する。そして、分離された流動粒子１３は、Ｕ字配管１８を介してダウンカマー５へ導かれる。また、流動粒子１３が分離された排ガス１６は、次の工程へ導かれる。

Ｕ字配管１８は、このＵ字配管１８に溜められる流動粒子１３と、Ｕ字配管１８に水蒸気２１を吹き込む水蒸気吹き込みノズル２２と、でシール手段６を構成する。そして、Ｕ字配管１８に溜められた流動粒子１３は、水蒸気吹き込みノズル２２から水蒸気２１が吹き込まれることによって流動し、所定量溜まるとダウンカマー５へ流れ落ちる。このシール手段６は、サイクロン３とダウンカマー５の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールする。

図２に示すとおり、ダウンカマー５は、長手方向に直交する断面が円形状の管路である。ダウンカマー５は、上部における接線方向からＵ字配管１８が接続されて流動粒子１３が導かれる。これによって、流動粒子１３は、ダウンカマー５の流路内に旋回するように導かれ、一様に広がりながら落下する。そして、ダウンカマー５は、流動粒子１３を下方のＵ字配管２０に導く。

下方のＵ字配管２０は、前述したＵ字配管１８と同様に、下方のＵ字配管２０に溜められる流動粒子１３と、水蒸気２１を下方のＵ字配管２０に吹き込む水蒸気吹き込みノズル２２と、でシール手段７を構成する。このシール手段７は、ダウンカマー５と流動層ガス化炉８の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールする。そして、下方のＵ字配管２０に溜められた流動粒子１３は、水蒸気２１が吹き込まれることによって流動し、所定量溜まると流動層ガス化炉８へ流れ落ちる。

流動層ガス化炉８は、下方のＵ字配管２０から流動粒子１３が導かれる。また、流動層ガス化炉８は、下部に散気装置２４を備えている。この散気装置２４には、例えば、ボイラＢからの水蒸気２１がガス化剤として供給されている。そして、散気装置２４は、水蒸気２１を流動層ガス化炉８に供給することによって、流動層ガス化炉８の流動粒子１３を流動化させて流動層２５を形成する。

そして、流動層ガス化炉８は、原料供給管２６を一方側に有している。この原料供給管２６は、流動層ガス化炉８の内部へガス化原料を供給する。流動層ガス化炉８へ供給されたガス化原料は、流動粒子１３の熱を受けて水蒸気２１の存在下でガス化し、ガス化ガス２３を生成する。すなわち、ガス化原料は、流動層２５の熱と水蒸気２１によって吸熱反応を起こし、ガス化してガス化ガス２３を生成する。

また、流動層ガス化炉８は、オーバーフロー管１２を他方側に有している。このオーバーフロー管１２は、流動層２５を構成する流動粒子１３とチャー１４を流動燃焼炉２へ導くようになっている。ここで、チャー１４とは、未反応のガス化原料のことをいう。

ガス化ガス管１０は、流動層ガス化炉８で生成されたガス化ガス２３を改質炉１１へ導く流路である。ガス化ガス管１０は、ガス化ガス２３を流動層ガス化炉８からダウンカマー５の下側まで導く流路１０ａと、ガス化ガス２３をダウンカマー５の下側から上側まで導くダウンカマー５の流路１０ｂと、ガス化ガス２３をダウンカマー５の上側から分岐してサイクロン４まで導く流路１０ｃと、ガス化ガス２３をサイクロン４から改質炉１１まで導く流路１０ｄと、で構成されている。すなわち、ガス化ガス管１０は、流路の一部がダウンカマー５である。

ガス化ガス２３は、ガス化ガス管１０の流路のうちダウンカマー５の流路１０ｂを下から上へ導かれる際に、ダウンカマー５を上から下へ落ちる流動粒子１３と直接接触して熱交換し、改質炉１１で改質するために必要な温度まで昇温される。ここで、流動粒子１３の熱容量は、ガス化ガス２３の熱容量と比較して非常に大きい。このため、ガス化ガス２３を昇温するには、例えば、ガス化ガス２３よりも５〜１０℃程度温度が高ければ足りる。また、必要温度に昇温するための温度調整は、循環する流動粒子１３の量を調整することによって行う。

ガス化ガス２３は、その後、サイクロン４によってガス化ガス２３に含まれる流動粒子１３が除去されたのちに改質炉１１へ導かれる。改質炉１１は、ガス化ガス２３からタールを除去する炉である。改質炉１１は、例えば、内部にハニカム構造の触媒を備え、この触媒が作用する温度以上となるとガス化ガス２３からタールを除去する。

本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置によれば、流動層ガス化炉８で生成したガス化ガス２３をダウンカマー５に導いて流動粒子１３と直接接触させて熱交換させることで、新たに熱交換器を導入することなく、且つ、生成したガス化ガス２３を減少させてガス化効率を低下させることなくガス化ガス２３を改質に必要な温度まで昇温することができる。

また、シール手段６がサイクロン３とダウンカマー５の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールし、シール手段７がダウンカマー５と流動層ガス化炉８の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールする。これによって、改質に必要な温度まで昇温されたガス化ガス２３は、流動層ガス化炉８への逆流やサイクロン３を介して外部へ流出することなく改質炉１１へ導かれる。

また、本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置によれば、流動層ガス化炉８で生成したガス化ガス２３をダウンカマー５に導いて流動粒子１３と直接接触させていることによって、一部のタールが流動粒子１３によって付着し、ダウンカマー５の流路内でタールを低減することができる。

また、サイクロン３によって分離された流動粒子１３は、ダウンカマー５に接線方向から投入される。これによって、流動粒子１３は、ダウンカマー５の流路内に旋回するように導かれ、一様に広がりながら落下し、ガス化ガス２３と効率良く接触して熱交換を行うことができる。

なお、本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。例えば、Ｕ字配管で説明したがこれに限定されず、Ｌ字配管でも良い。

また、ガス化ガス２３を流動粒子１３に対して対向流となるようにダウンカマー５に対して導いたがこれに限定されず、並流となるように流しても良い。

また、ダウンカマー５には、内部を流される流体に対して乱流を発生させる邪魔板を配置しても良いし、仕切り板を多数設けて迷路状にしても良い。

また、シール手段６がサイクロン３とダウンカマー５の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールし、シール手段７がダウンカマー５と流動層ガス化炉８の間を、流動粒子１３を移動可能に、且つ、ガス化ガス２３を移動不可にシールする態様で説明したがこれに限定されない。シール手段６のみでも良い。

本発明のガス化ガスの昇温方法及び装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更することができる。

１ ガス化ガスの昇温装置
２ 流動燃焼炉
３ サイクロン（粒子分離器）
５ ダウンカマー
６ シール手段
７ シール手段
８ 流動層ガス化炉
１０ ガス化ガス管
１１ 改質炉
１３ 流動粒子
１６ 排ガス
１７ 排ガス管
２１ 水蒸気
２３ ガス化ガス
２５ 流動層

Claims (3)

1. 流動粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動粒子を排出する流動燃焼炉と、
   前記流動燃焼炉によって加熱された流動粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、
   前記粒子分離器によって分離された流動粒子が導かれるダウンカマーと、
   前記ダウンカマーによって導かれた流動粒子の熱によって、ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、を備えた二塔式ガス化炉におけるガス化ガスの昇温方法であって、
   前記粒子分離器と前記ダウンカマーの間を、流動粒子を移動可能に、且つ、ガス化ガスを移動不可にするシール手段によってシールし、前記流動層ガス化炉で生成したガス化ガスをガス化ガス管が前記ダウンカマーに導いて流動粒子と直接接触させて熱交換し、改質炉で改質するために必要な温度に昇温したのちに前記改質炉へ導くことを特徴としたガス化ガスの昇温方法。
2. 前記粒子分離器によって分離された流動粒子は、前記ダウンカマーに接線方向から投入されることを特徴とした請求項１に記載のガス化ガスの昇温方法。
3. 流動粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動粒子を排出する流動燃焼炉と、
   前記流動燃焼炉によって加熱された流動粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、
   前記粒子分離器によって分離された流動粒子が導かれるダウンカマーと、
   前記ダウンカマーによって導かれた流動粒子の熱によって、ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、を備えた二塔式ガス化炉におけるガス化ガスの昇温装置であって、
   前記粒子分離器と前記ダウンカマーの間を、流動粒子を移動可能に、且つ、ガス化ガスを移動不可にシールするシール手段と、
   前記流動層ガス化炉で生成されたガス化ガスを改質炉へ導き、流路の一部が前記ダウンカマーであるガス化ガス管と、を備え、
   ガス化ガスは、前記ダウンカマーで流動粒子と直接接触して熱交換し、前記改質炉で改質するために必要な温度に昇温されることを特徴としたガス化ガスの昇温装置。

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