JP2019196414A - Tar reforming apparatus and tar reforming method - Google Patents

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Abstract

To provide the tar reforming apparatus and the tar reforming method, that can efficiently reform the tar in one tower without circulating calcium oxide particles in a plurality of towers.SOLUTION: The tar reforming apparatus 10 for steam reforming tar contained in gas comprises: a reforming furnace body 11, a fluidized bed 13 containing calcium oxide (CaO) particles, arranged in the reforming furnace body 11 and not in contact with the gas, and a gas introduction part 12 for introducing the gas containing the tar and steam into the fluidized bed 13 simultaneously or separately, wherein the tar contained in the gas is reformed by steam at a temperature of 750 to 950°C by a catalytic action of the calcium oxide particles in the fluidized bed 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガス中に含まれるタールを無酸素で水蒸気改質するためのタール改質装置及びタール改質方法に関する。   The present invention relates to a tar reforming apparatus and a tar reforming method for steam reforming a tar contained in a gas without oxygen.

石炭、バイオマス、廃棄物、石油残渣、重質油等の種々の有機物原料を熱分解、ガス化することにより、発電設備などの燃料ガスや化学製品などの合成ガスなどに使用される高品位ガスを製造する技術が知られている。有機物原料のガス化工程において、ガス中にタールが含まれていることが多いが、タールは、水性ガス化反応(炭素+水蒸気→一酸化炭素+水素)を阻害することが知られている。さらに、高品位ガスは熱回収用の熱交換器等を経て生成されるが、タールは熱交換器等の目詰まりを引き起こすことがあった。このため、高品位ガスを生成する工程において、ガスからタール分を除去する必要があった。   High-grade gas used in fuel gas for power generation facilities and synthetic gas for chemical products, etc. by pyrolyzing and gasifying various organic materials such as coal, biomass, waste, petroleum residue, heavy oil, etc. Techniques for manufacturing are known. In the gasification step of the organic raw material, tar is often contained in the gas, but tar is known to inhibit the water gasification reaction (carbon + water vapor → carbon monoxide + hydrogen). Furthermore, high-grade gas is generated through a heat exchanger for heat recovery or the like, but tar may cause clogging of the heat exchanger or the like. For this reason, in the process which produces | generates high quality gas, it was necessary to remove a tar part from gas.

タールの除去には、主に二つの方法が用いられている。1つは、純酸素を利用してタールを部分燃焼する方法である。これは、エネルギーロスが多く、生成ガスの水素含有量が低いなどの問題点がある。もう1つは、高価な触媒を用いた触媒改質方法である。この方法は、触媒コスト高いなどの問題点がある。   Two methods are mainly used to remove tar. One is a method of partially burning tar using pure oxygen. This has problems such as a large energy loss and a low hydrogen content of the product gas. The other is a catalyst reforming method using an expensive catalyst. This method has problems such as high catalyst costs.

本願発明者らは、比較的安価な触媒である酸化カルシウム(CaO)粒子を使用した三塔式循環流動層ガス化装置を開発している(例えば、特許文献1)。この三塔式循環流動層ガス化装置は、流動層燃焼塔と、流動層タール改質塔と、流動層ガス化塔とを備え、三塔を結ぶ装置内でCaO粒子を循環させている。タール改質塔では、燃焼塔で加熱されたCaO粒子がタールと接触しながらタールを水蒸気改質(分解)し、タールが分解されたガスがガス化塔に供給される。ここで、CaO粒子は、タール改質触媒だけでなく脱硫剤としての機能も兼ねており、ガス化塔ではCaO+HS→CaSの反応が進み、燃焼塔ではCaS+2O→CaSOの反応が進む。 The present inventors have developed a three-column circulating fluidized bed gasifier using calcium oxide (CaO) particles, which is a relatively inexpensive catalyst (for example, Patent Document 1). This three-column circulating fluidized bed gasification apparatus includes a fluidized bed combustion tower, a fluidized bed tar reforming tower, and a fluidized bed gasification tower, and circulates CaO particles in an apparatus connecting the three towers. In the tar reforming tower, the CaO particles heated in the combustion tower are steam reformed (decomposed) while being in contact with the tar, and the gas in which the tar is decomposed is supplied to the gasification tower. Here, the CaO particles function not only as a tar reforming catalyst but also as a desulfurization agent. In the gasification tower, the reaction of CaO + H 2 S → CaS proceeds, and in the combustion tower, the reaction of CaS + 2O 2 → CaSO 4 proceeds. .

特開2014−240472号公報(請求項6、段落0012、段落0013等)JP 2014-240472 A (Claim 6, paragraph 0012, paragraph 0013, etc.)

特許文献1の三塔式循環流動層ガス化装置は、タール改質塔が塔内に組み込まれているため、タール改質塔のみ単独で取り外して使用できるものではなかった。また、この三塔式循環流動層ガス化装置では、CaO粒子が三つの塔を循環しており、CaO粒子はタール改質触媒だけでなく脱硫剤としての機能も兼ねている。このため、CaSやCaSOとなったCaOは、タール改質性能が低下し、純粋にタールの改質という観点からは、従来の三塔式循環流動層ガス化装置では改質効率が低くなっていた。 In the three-column circulating fluidized bed gasification apparatus of Patent Document 1, since the tar reforming tower is incorporated in the tower, the tar reforming tower alone cannot be removed and used alone. Further, in this three-column circulating fluidized bed gasifier, CaO particles circulate through the three towers, and the CaO particles function not only as a tar reforming catalyst but also as a desulfurizing agent. For this reason, CaO that has become CaS or CaSO 4 has reduced tar reforming performance, and from the viewpoint of pure tar reforming, the reforming efficiency is low in the conventional three-column circulating fluidized bed gasifier. It was.

本発明は、複数の塔内で酸化カルシウム粒子を循環させることなく、1つの塔内でタールを効率的に改質することが可能なタール改質装置及びタール改質方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a tar reforming apparatus and a tar reforming method capable of efficiently reforming tar in one tower without circulating calcium oxide particles in a plurality of towers. And

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ガスと接触していない未反応の酸化カルシウム粒子からなる流動層を改質炉本体内に配置することで、1つの塔内でタールを効率的に改質できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor arranges a fluidized bed made of unreacted calcium oxide particles that are not in contact with gas in the reforming furnace main body, thereby allowing tar in one tower. Has been found to be able to be efficiently modified, and the present invention has been completed.

本発明は、ガス中に含まれるタールを水蒸気改質するためのタール改質装置であって、改質炉本体と、前記改質炉本体内に配置され前記ガスと接触していない状態の酸化カルシウム(CaO)粒子を含む流動層と、タールを含むガスと水蒸気とを同時又は個別に前記流動層に導入するガス導入部と、を備え、前記流動層において、前記酸化カルシウム粒子の触媒作用によって前記ガスに含まれる前記タールが750〜950℃の温度で前記水蒸気により改質されることを特徴とする。   The present invention relates to a tar reforming apparatus for steam reforming tar contained in a gas, the reforming furnace main body, and an oxidation in a state of being arranged in the reforming furnace main body and not in contact with the gas A fluidized bed containing calcium (CaO) particles, and a gas introduction part that introduces tar-containing gas and water vapor into the fluidized bed simultaneously or individually, and in the fluidized bed, by the catalytic action of the calcium oxide particles The tar contained in the gas is modified by the water vapor at a temperature of 750 to 950 ° C.

本発明によれば、改質炉本体内に酸化カルシウム粒子の流動層を設けたため、改質炉単体でタールの改質反応を行うことができる。また、この流動層の酸化カルシウムはガスと接触していない未反応のものであるため、タールの改質を高い改質効率で行うことができる。   According to the present invention, since the fluidized bed of calcium oxide particles is provided in the reforming furnace body, the reforming reaction of tar can be performed by the reforming furnace alone. Further, since the calcium oxide in the fluidized bed is unreacted that is not in contact with gas, tar can be reformed with high reforming efficiency.

上記の場合において、前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱する加熱手段を備えることが好ましい。   In said case, it is preferable to provide the heating means which heats the said calcium oxide particle to 750-950 degreeC.

このような構成とすることで、酸化カルシウム粒子を厳密な温度制御の下で加熱することが可能となる。このため、タールの改質効率をより厳密に制御することができる。   With such a configuration, the calcium oxide particles can be heated under strict temperature control. For this reason, the reforming efficiency of tar can be controlled more strictly.

あるいは、上記の場合において、前記ガスとして、750℃以上の高温ガスを生成する燃焼装置を更に備え、該高温ガスの熱によって前記流動層において前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱することが好ましい。   Alternatively, in the above case, a combustion device that generates a high-temperature gas of 750 ° C. or higher as the gas may be further provided, and the calcium oxide particles may be heated to 750 to 950 ° C. in the fluidized bed by the heat of the high-temperature gas. preferable.

このような構成とすることで、酸化カルシウム粒子を加熱する手段を別途設ける必要がなく、装置構成を簡易とすることができる。   With such a configuration, it is not necessary to separately provide a means for heating the calcium oxide particles, and the apparatus configuration can be simplified.

また、上記の場合において、前記酸化カルシウム粒子の粒子径が0.1〜1mmの範囲内となるように粒子径を調整する粒子径調整手段と、前記ガス中に含まれる炭素のモル(C)に対する水蒸気のモル(S)の比率(S/C)が1.5以上となるようにモル比を調整するモル比調整手段と、前記流動層における最小流動化速度(umf)に対するガス流速(u)の比率(u/umf)が2以上となるようにガス流速を調整するガス流速調整手段と、を備えることことが好適である。 In the above case, the particle diameter adjusting means for adjusting the particle diameter so that the particle diameter of the calcium oxide particles is within a range of 0.1 to 1 mm, and the mole (C) of carbon contained in the gas. The molar ratio adjusting means for adjusting the molar ratio so that the ratio (S / C) of the mole (S) of water vapor to the water is 1.5 or more, and the gas flow rate relative to the minimum fluidization speed (u mf ) in the fluidized bed ( u 0 ratio of) (u 0 / u mf) that that and a gas flow rate adjusting means for adjusting the gas flow rate at 2 or more is preferable.

このような構成とすることで、最適な条件でタール改質を行うことができる。   With such a configuration, tar reforming can be performed under optimum conditions.

本発明は、ガス中に含まれるタールを水蒸気改質するためのタール改質方法であって、前記ガスと接触していない状態の酸化カルシウム(CaO)粒子を含む流動層を改質炉本体内に配置する流動層配置工程と、タールを含むガスと水蒸気とを同時又は個別に前記流動層に導入するガス導入工程と、前記流動層において、前記酸化カルシウム粒子の触媒作用によって前記ガスに含まれる前記タールを750〜950℃の温度で前記水蒸気により改質する改質工程と、を備えることを特徴とする。   The present invention is a tar reforming method for steam reforming tar contained in a gas, wherein a fluidized bed containing calcium oxide (CaO) particles not in contact with the gas is disposed in the reformer main body. In the fluidized bed, the gas introduction step in which the gas containing the tar and the water vapor are introduced into the fluidized bed simultaneously or individually, and the fluidized bed in the gas by the catalytic action of the calcium oxide particles. A reforming step of reforming the tar with the water vapor at a temperature of 750 to 950 ° C.

本発明によれば、改質炉本体内に酸化カルシウム粒子の流動層を設けたため、改質炉単体でタールの改質反応を行うことができる。また、この流動層の酸化カルシウムはガスと接触していない未反応のものであるため、タールの改質を高い改質効率で行うことができる。   According to the present invention, since the fluidized bed of calcium oxide particles is provided in the reforming furnace body, the reforming reaction of tar can be performed by the reforming furnace alone. Further, since the calcium oxide in the fluidized bed is unreacted that is not in contact with gas, tar can be reformed with high reforming efficiency.

上記の場合において、前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱する加熱工程を備えることが好ましい。   In said case, it is preferable to provide the heating process which heats the said calcium oxide particle to 750-950 degreeC.

このような構成とすることで、酸化カルシウム粒子を厳密な温度制御の下で加熱することが可能となる。このため、タールの改質効率をより厳密に制御することができる。   With such a configuration, the calcium oxide particles can be heated under strict temperature control. For this reason, the reforming efficiency of tar can be controlled more strictly.

あるいは、上記の場合において、前記ガスとして、750℃以上の高温ガスを生成し、該高温ガスの熱によって前記流動層において前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱することが好ましい。   Or in said case, it is preferable to produce | generate high temperature gas of 750 degreeC or more as said gas, and to heat the said calcium oxide particle to 750-950 degreeC in the said fluidized bed with the heat | fever of this high temperature gas.

このような構成とすることで、酸化カルシウム粒子を加熱する手段を別途設ける必要がなく、装置構成を簡易とすることができる。   With such a configuration, it is not necessary to separately provide a means for heating the calcium oxide particles, and the apparatus configuration can be simplified.

また、上記の場合において、前記酸化カルシウム粒子の粒子径が0.1〜1mmの範囲内であり、前記ガス中に含まれる炭素のモル(C)に対する水蒸気のモル(S)の比率(S/C)が1.5以上であり、前記流動層における最小流動化速度(umf)に対するガス流速(u)の比率(u/umf)が2以上であることが好適である。 Moreover, in said case, the particle diameter of the said calcium oxide particle exists in the range of 0.1-1 mm, and the ratio (S / of the mole (S) of water vapor | steam with respect to the mole (C) of carbon contained in the said gas. Preferably, C) is 1.5 or more, and the ratio (u 0 / u mf ) of the gas flow rate (u 0 ) to the minimum fluidization rate (u mf ) in the fluidized bed is 2 or more.

このような構成とすることで、最適な条件でタール改質を行うことができる。   With such a configuration, tar reforming can be performed under optimum conditions.

本発明によれば、複数の塔内で酸化カルシウム粒子を循環させることなく、1つの塔内でタールを効率的に改質することが可能なタール改質装置及びタール改質方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a tar reforming apparatus and a tar reforming method capable of efficiently reforming tar in one tower without circulating calcium oxide particles in a plurality of towers. Can do.

本発明の一実施形態に係るタール改質装置1を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing tar reforming device 1 concerning one embodiment of the present invention. CaOによるタール改質のメカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mechanism of the tar modification | reformation by CaO. 他の実施形態に係る加熱方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heating method which concerns on other embodiment. 実施例で使用したタール改質装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the tar reforming apparatus used in the Example. 実施例において、CaO粒子流動層温度900℃、850℃、800℃場合のタール改質効果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the tar improvement effect in case CaO particle | grain fluidized bed temperature 900 degreeC, 850 degreeC, and 800 degreeC. 実施例において、異なるCaO粒子径場合の改質効果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the modification | reformation effect in the case of different CaO particle diameter. 実施例において、異なる水蒸気濃度の場合のタール改質効果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the tar reforming effect in the case of different water vapor | steam density | concentrations. ガス流速と流動層差圧(流動状態)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a gas flow rate and a fluidized bed differential pressure (fluid state). 実施例において、異なるガス流速(空塔速度)の場合のタール改質効果(改質温度900℃、S/C=1.5、粒子径0.1〜1mm)を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the tar reforming effect (reforming temperature 900 degreeC, S / C = 1.5, particle diameter 0.1-1 mm) in the case of a different gas flow velocity (superficial velocity). 実施例において、最適条件でのタール改質生成ガス組成を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the tar reforming production | generation gas composition on optimal conditions.

1.第1の実施形態
以下、本発明の第1の実施形態に係るタール改質装置及びタール改質方法について説明する。タール改質装置は、石炭やバイオマスなどの熱分解、ガス化により生成したガスに含まれるタールを改質して燃料ガスや合成ガスなどを生成するための装置である。
1. First Embodiment Hereinafter, a tar reforming apparatus and a tar reforming method according to a first embodiment of the present invention will be described. The tar reforming device is a device for reforming tar contained in a gas generated by pyrolysis and gasification of coal or biomass to generate fuel gas or synthesis gas.

図1は、本発明の第1の実施形態に係るタール改質装置を示す模式図である。タール改質装置10は、ガス中に含まれるタールを水蒸気改質するための装置である。本実施形態のタール改質装置10は、改質炉本体11と、ガス導入部12と、流動層13と、粒子導入部14と、ガス排出部15とを備えている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a tar reforming apparatus according to a first embodiment of the present invention. The tar reforming apparatus 10 is an apparatus for steam reforming tar contained in a gas. The tar reforming apparatus 10 of the present embodiment includes a reforming furnace main body 11, a gas introduction unit 12, a fluidized bed 13, a particle introduction unit 14, and a gas discharge unit 15.

改質炉本体11は、空間を内部に備えた塔である。本実施形態の改質炉本体11は、側面形状が長方形型の円筒形状をしているが、これに限定されず、種々の形態のものを採用することができる。   The reforming furnace body 11 is a tower having a space inside. The reformer main body 11 of the present embodiment has a cylindrical shape with a rectangular side surface, but is not limited to this, and various forms can be adopted.

ガス導入部12は、流動層13と外部とを連通しており、タールを含むガスと水蒸気とを流動層13に同時又は個別に導入することが可能となっている。ガス導入部12は、改質炉本体11の下側に形成されており、流動層13の下側からガスと水蒸気を導入する。ガス導入部12の上流側には、下流側からガス流速調整手段17と、モル比調整手段18とが設けられている。   The gas introduction unit 12 communicates the fluidized bed 13 with the outside, and can introduce a gas containing tar and water vapor into the fluidized bed 13 simultaneously or individually. The gas introduction part 12 is formed on the lower side of the reforming furnace main body 11 and introduces gas and water vapor from the lower side of the fluidized bed 13. A gas flow rate adjusting means 17 and a molar ratio adjusting means 18 are provided on the upstream side of the gas introduction unit 12 from the downstream side.

ガス流速調整手段17は、ガスと水蒸気の混合ガスの流量を制御する手段であり、本実施形態では制御バルブで構成されている。ガス流速調整手段17は、図示しないガス流量計などに基づいて、流動層13に導入される混合ガスの流量を調整する。ガス流速調整手段17としては、制御バルブに限定されず、ガス流量調整機能を有する他の手段を使用することができる。   The gas flow rate adjusting means 17 is a means for controlling the flow rate of the mixed gas of gas and water vapor, and is constituted by a control valve in this embodiment. The gas flow rate adjusting means 17 adjusts the flow rate of the mixed gas introduced into the fluidized bed 13 based on a gas flow meter (not shown) or the like. The gas flow rate adjusting means 17 is not limited to the control valve, and other means having a gas flow rate adjusting function can be used.

モル比調整手段18は、ガスと水蒸気の混合比率を調整するための手段であり、本実施形態ではガス混合器で構成されている。モル比調整手段18には、ガスの導入管と水蒸気の導入管の2つの管が接続されており、それぞれの導入管の絞りを調整することで、ガスと水蒸気の混合比を調整することができる。モル比調整手段18としては、ガス混合器に限定されず、モル比調整機能を有する他の手段を使用することができる。   The molar ratio adjusting means 18 is a means for adjusting the mixing ratio of gas and water vapor, and is constituted by a gas mixer in this embodiment. Two pipes, a gas introduction pipe and a water vapor introduction pipe, are connected to the molar ratio adjusting means 18, and the mixing ratio of the gas and the water vapor can be adjusted by adjusting the throttle of each introduction pipe. it can. The molar ratio adjusting means 18 is not limited to a gas mixer, and other means having a molar ratio adjusting function can be used.

流動層13は、改質炉本体11内に配置され、酸化カルシウム(CaO)粒子を含む層である。本実施形態で使用するCaO粒子は、天然石灰石やドロマイトなどをカ焼(熱分解)して得られた生石灰粒子である。本発明における流動層13のCaO粒子は、ガスと接触していない未反応の粒子である。流動層13の上方側はフリーボード11aである。   The fluidized bed 13 is a layer that is disposed in the reforming furnace body 11 and contains calcium oxide (CaO) particles. The CaO particles used in the present embodiment are quick lime particles obtained by calcination (thermal decomposition) of natural limestone or dolomite. The CaO particles of the fluidized bed 13 in the present invention are unreacted particles that are not in contact with the gas. The upper side of the fluidized bed 13 is a free board 11a.

タール改質に使用するCaO粒子は、石灰石やドロマイトなどのCaCO含有天然鉱物をカ焼して作ることができるほか、これらの天然鉱物を事前にカ焼してCaO粒子を準備してもよく、市販品を購入して使用してもよい。さらに、流動層13の温度が850℃以上の場合、流動層13に直接に石灰石かドロマイト粒子を投入し、流動層13内でCaCOを分解させ、CaO粒子を生成することもできる。 CaO particles used for tar modification can be made by calcination of CaCO 3 -containing natural minerals such as limestone and dolomite, and CaO particles may be prepared by calcination of these natural minerals in advance. A commercially available product may be purchased and used. Furthermore, when the temperature of the fluidized bed 13 is 850 ° C. or higher, limestone or dolomite particles can be directly charged into the fluidized bed 13 to decompose CaCO 3 in the fluidized bed 13 to generate CaO particles.

粒子導入部14は、フリーボード11aと外部とを連通しており、流動層13にCaO粒子を導入することが可能となっている。本実施形態では、粒子導入部14の上方側には、制御弁と粒子径調整手段16とが連結されている。粒子径調整手段16は、CaO粒子の粒子径を調整するための手段であり、本実施形態では所定の粒径範囲の粒子を通過するフィルターを使用している。粒子径調整手段16としては、フィルターに限定されず、サイクロンなど粒子径調整機能を有する他の手段を使用することができる。   The particle introduction unit 14 communicates the free board 11 a with the outside, and can introduce CaO particles into the fluidized bed 13. In the present embodiment, a control valve and a particle diameter adjusting unit 16 are connected to the upper side of the particle introduction unit 14. The particle diameter adjusting means 16 is a means for adjusting the particle diameter of the CaO particles. In this embodiment, a filter that passes particles having a predetermined particle size range is used. The particle diameter adjusting means 16 is not limited to a filter, and other means having a particle diameter adjusting function such as a cyclone can be used.

ガス排出部15は、フリーボード11aと外部とを連通しており、流動層13で改質されたガスを外部に排出することが可能となっている。   The gas discharge unit 15 communicates the free board 11a with the outside, and can discharge the gas modified by the fluidized bed 13 to the outside.

次に、本発明のタール改質装置10の周辺設備について説明する。ガス導入部12の上流側には、図示しない熱分解炉、ガス化炉などが接続されており、石炭やバイオマスなどの熱分解、ガス化ガスがモル比調整手段18及びガス流速調整手段17を通じて改質炉本体11のフリーボード11a内に導入される。   Next, peripheral equipment of the tar reforming apparatus 10 of the present invention will be described. A pyrolysis furnace, a gasification furnace, etc. (not shown) are connected to the upstream side of the gas introduction unit 12, and pyrolysis of coal, biomass, etc., and the gasification gas passes through the molar ratio adjusting means 18 and the gas flow rate adjusting means 17. It is introduced into the free board 11 a of the reforming furnace body 11.

粒子導入部14の上方には、図示しないCaO粒子貯蔵部が設けられており、未反応のCaO粒子や炭酸カルシウム(CaCO)粒子(石灰石、ドロマイトなど)が貯蔵されている。CaO粒子やCaCO粒子は、粒子径調整手段16を介して改質炉本体11内に導入される。 A CaO particle storage unit (not shown) is provided above the particle introduction unit 14 and stores unreacted CaO particles and calcium carbonate (CaCO 3 ) particles (limestone, dolomite, etc.). CaO particles and CaCO 3 particles are introduced into the reforming furnace main body 11 through the particle diameter adjusting means 16.

ガス排出部15から排出された改質ガスは、図示しない熱交換器などを通じて必要に応じて種々の用途に使用される。   The reformed gas discharged from the gas discharge unit 15 is used for various applications as necessary through a heat exchanger (not shown).

次に、タール改質装置10を用いたタール改質方法について説明する。粒子導入部14からは、予めCaO粒子やCaCO粒子が改質炉本体11の流動層13内に導入され、CaO粒子からなる流動層13が形成される(流動層配置工程)。なお、CaCO粒子は、おおむね825℃以上で二酸化炭素を放出してCaO粒子となる。 Next, a tar reforming method using the tar reforming apparatus 10 will be described. From the particle introduction unit 14, CaO particles or CaCO 3 particles are introduced into the fluidized bed 13 of the reforming furnace main body 11 in advance to form the fluidized bed 13 made of CaO particles (fluidized bed arranging step). The CaCO 3 particles release carbon dioxide at approximately 825 ° C. or more to become CaO particles.

一方、図示しない熱分解、ガス化装置で石炭、バイオマス等を熱分解、ガス化して生成した熱分解、ガス化ガスは、モル比調整手段18、ガス流速調整手段17を通過し、ガス導入部12から改質炉本体11の流動層13内に導入される(ガス導入工程)。モル比調整手段18で熱分解、ガス化ガスは水蒸気と混合され、ガス流速調整手段17で混合ガスの流速が調整された状態で流動層13内に導入される。   On the other hand, pyrolysis and gasification gas generated by pyrolysis and gasification of coal, biomass, etc. in a pyrolysis and gasification apparatus (not shown) passes through the molar ratio adjusting means 18 and the gas flow rate adjusting means 17, and is supplied to the gas introduction unit 12 is introduced into the fluidized bed 13 of the reforming furnace body 11 (gas introduction step). Pyrolysis and gasification gas is mixed with water vapor by the molar ratio adjusting means 18 and introduced into the fluidized bed 13 with the gas flow rate adjusting means 17 adjusting the flow rate of the mixed gas.

流動層13では、熱分解、ガス化ガスと酸化カルシウム粒子が接触する。熱分解、ガス化ガスは高温であるため、CaO粒子も750〜950℃に加熱される。このCaO粒子の触媒作用によって燃焼ガスに含まれるタールが改質(分解)される(改質工程)。本実施形態では、高温の熱分解、ガス化ガスによってCaO粒子を加熱してタール改質を行っているが、後述する加熱手段により流動層13のCaO粒子を加熱してもよい(加熱工程)。   In the fluidized bed 13, pyrolysis, gasification gas and calcium oxide particles are in contact. Since pyrolysis and gasification gas are high temperature, CaO particle | grains are also heated at 750-950 degreeC. The tar contained in the combustion gas is reformed (decomposed) by the catalytic action of the CaO particles (reforming step). In the present embodiment, the tar reforming is performed by heating the CaO particles by high-temperature pyrolysis and gasification gas, but the CaO particles of the fluidized bed 13 may be heated by a heating means described later (heating step). .

図2は、CaO粒子によるタール分解のメカニズムを示す模式図である。タールの主原料は炭化水素(C)であり、第1段階ではCaO粒子の表面でタールがクラッキングし、カーボン(炭素)とガスが生成する。続く第2段階では、CaO粒子の触媒作用で、炭素と水蒸気とが反応し、一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO)、水素(H)が生じる。CaOの触媒作用によって、CaO粒子表面に析出した炭素がガス化され、タールのクラッキングが加速され、改質反応が進行する。各段階での反応を以下に示す。
第1段階:C→(高温CaO粒子表面)→C+H
第2段階:C+HO→(CaO触媒作用)→CO+H
C+2HO→(CaO触媒作用)→CO+2H
FIG. 2 is a schematic diagram showing the mechanism of tar decomposition by CaO particles. The main raw material for tar is hydrocarbon (C m H n ). In the first stage, tar cracks on the surface of CaO particles, and carbon (carbon) and gas are generated. In the subsequent second stage, carbon and water vapor react with the catalytic action of CaO particles to produce carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and hydrogen (H 2 ). Due to the catalytic action of CaO, carbon deposited on the surface of the CaO particles is gasified, tar cracking is accelerated, and the reforming reaction proceeds. The reaction at each stage is shown below.
First stage: C m H n → (high temperature CaO particle surface) → C + H 2
Second stage: C + H 2 O → (CaO catalysis) → CO + H 2
C + 2H 2 O → (CaO catalytic action) → CO 2 + 2H 2

流動層13で改質された熱分解、ガス化ガスは、フリーボード11aとガス排出部15を通じて外部に排出される。流動層13でタールが改質されて生成した一酸化炭素、二酸化炭素、水素などのガスも同様に、ガス排出部15を通じて外部に排出される。これらのガスは、適宜分離や液化などがなされて種々の用途に使用される。   The pyrolysis and gasification gas reformed in the fluidized bed 13 is discharged to the outside through the free board 11a and the gas discharge unit 15. Similarly, gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen generated by reforming tar in the fluidized bed 13 are discharged to the outside through the gas discharge unit 15. These gases are appropriately separated or liquefied and used for various purposes.

流動層13で粉化あるいは劣化したCaO粒子は、図示しない粒子排出部を通じてサイクロン経由で外部に排出してもよく、あるいはガス排出部15を通じて外部に排出してもよい。   The CaO particles pulverized or deteriorated in the fluidized bed 13 may be discharged to the outside through a cyclone through a particle discharge unit (not shown), or may be discharged to the outside through a gas discharge unit 15.

2.無酸素タール改質の詳細条件
タールがCaO表面でクラッキングすることで、カーボンガス化が進むため、改質効率の観点からは、CaO粒子の比外表面積が大きく、ガスとの接触時間が長くなる方がよい。タール改質転換率は以下の式で表せる。
タール改質転換率
=k・(4π(dp/2)/(4/3・π(dp/2))・(層高/ガス流速)
=k・6/dp・(層高/ガス流速)
(ここで、層高は流動層13の高さを表し、ガス流速はガス導入部12を通して流動層13内に導入されるガスの流速を、dpはCaO粒子の平均直径を、kは比例係数を意味する。)
2. Detailed conditions for oxygen-free tar modification Since tar gas cracks on the CaO surface, carbon gasification proceeds. From the viewpoint of reforming efficiency, the specific surface area of the CaO particles is large and the contact time with the gas is long. Better. The tar reforming conversion rate can be expressed by the following formula.
Tar reforming conversion rate = k · (4π (dp / 2) 2 / (4/3 · π (dp / 2) 3 ) · (layer height / gas flow rate)
= K · 6 / dp · (layer height / gas flow rate)
(Here, the bed height represents the height of the fluidized bed 13, the gas flow velocity represents the flow velocity of the gas introduced into the fluidized bed 13 through the gas introduction part 12, dp represents the average diameter of the CaO particles, and k represents the proportional coefficient. Means.)

この式からタールの改質率は、CaO粒子径dpと反比例し、層高が一定の場合にはガス流速にも反比例する。ただし、CaO粒子径が小さくなりすぎるとCaO粒子が流動層13から飛び出しやすくなり、ガス流速が小さくなりすぎると、流動層13の流動状態が悪くなりやすく、いずれにしても反応効率が低くなりやすい。以下、CaO粒子径やガス流速などの詳細条件を説明する。   From this equation, the tar reforming rate is inversely proportional to the CaO particle diameter dp, and inversely proportional to the gas flow rate when the bed height is constant. However, if the CaO particle diameter is too small, CaO particles are likely to jump out of the fluidized bed 13, and if the gas flow rate is too small, the fluidized state of the fluidized bed 13 is likely to deteriorate, and in any case, the reaction efficiency tends to be low. . Hereinafter, detailed conditions such as CaO particle diameter and gas flow rate will be described.

(1)CaO粒子径
CaO粒子や石灰石の粒子径は、通常は0.01〜10mmの範囲内であり、流動層13におけるCaO粒子の流動性やタール改質効率の観点からは、0.05〜2mm範囲が好ましく、0.1〜1mmの範囲内が特に好ましい。CaO粒子径が0.1mmを下回ると、CaO粒子が流動層13から飛び出しやすくなり、流動層13を維持することが難しくなる。CaO粒子径が1mmを上回ると、粒子が大きくなりすぎて比外表面積が小さくなり、タール改質効率が低下しやすくなる。なお、本明細書で粒子径とは、平均粒子径を意味し、複数の粒子の粒子径の平均値を意味する。粒子径は、SEMなどの観測手段により目視で粒子径を確認して計算する方法や、粒度分析計などで測定する方法などで求めることができる。本実施形態のタール改質装置10では、CaO粒子は、粒子径調整手段16により調整することができる。
(1) CaO particle diameter The particle diameter of CaO particles and limestone is usually within a range of 0.01 to 10 mm. From the viewpoint of fluidity of CaO particles in the fluidized bed 13 and tar reforming efficiency, 0.05. The range of ˜2 mm is preferable, and the range of 0.1 to 1 mm is particularly preferable. When the CaO particle diameter is less than 0.1 mm, the CaO particles easily jump out of the fluidized bed 13 and it is difficult to maintain the fluidized bed 13. When the CaO particle diameter exceeds 1 mm, the particles become too large, the specific surface area becomes small, and the tar reforming efficiency tends to decrease. In the present specification, the particle diameter means an average particle diameter and means an average value of the particle diameters of a plurality of particles. The particle diameter can be determined by a method of confirming and calculating the particle diameter with an observation means such as SEM, a method of measuring with a particle size analyzer, or the like. In the tar reforming apparatus 10 of this embodiment, the CaO particles can be adjusted by the particle diameter adjusting means 16.

(2)流動層13の温度
CaOによるタール改質の過程は、第1段階で、タールがCaO粒子表面でクラッキングし、カーボンとHを生成し、第2段階で、カーボンがCaO粒子の触媒作用でHOと反応しCOとHにガス化するため、タールクラッキングには高い温度が必要となる。流動層13の温度は、CaO粒子表面でタールクラッキングが起こる温度である必要があり、通常は800℃以上、好ましくは850℃以上である。流動層13の温度が800℃を下回ると、クラッキングが生じにくく、タール改質効率が低くなる傾向にある。本実施形態のタール改質装置10では、流動層13の温度は、燃焼ガスで加熱するため制御は行っていないが、後述する他の実施形態では加熱手段によって流動層13やCaO粒子を直接加熱することで、温度を調整している。
(2) Temperature of fluidized bed 13 The process of tar reforming with CaO is the first stage, in which tar cracks on the surface of CaO particles to generate carbon and H 2 , and in the second stage, carbon is a catalyst of CaO particles. Since it reacts with H 2 O and gasifies into CO and H 2 due to its action, a high temperature is required for tar cracking. The temperature of the fluidized bed 13 needs to be a temperature at which tar cracking occurs on the surface of the CaO particles, and is usually 800 ° C. or higher, preferably 850 ° C. or higher. When the temperature of the fluidized bed 13 is lower than 800 ° C., cracking hardly occurs and tar reforming efficiency tends to be low. In the tar reforming apparatus 10 of the present embodiment, the temperature of the fluidized bed 13 is not controlled because it is heated by the combustion gas, but in other embodiments described later, the fluidized bed 13 and CaO particles are directly heated by a heating means. By adjusting the temperature.

(3)ガスの炭素・水蒸気モル比
タール改質の第2段階は、CaO触媒作用で水蒸気による炭素のガス化である。これには、炭素と水蒸気の濃度比(炭素モル/水蒸気モル)が大きく影響する。ガス導入部12におけるガス(タール含む)中の炭素モル(C)に対する水蒸気モル(S)の比(モル比=S/C)は、1.5以上が好ましく、2.0以上がより好ましい。S/Cが1.5を下回ると、タール改質効率が低くなる傾向がある。本実施形態のタール改質装置10では、ガスの炭素・水蒸気モル比は、モル比調整手段18により調整することができる。
(3) Gas carbon / steam molar ratio The second stage of tar reforming is gasification of carbon by steam with CaO catalytic action. This is greatly influenced by the concentration ratio of carbon and water vapor (carbon mole / water vapor mole). The ratio (molar ratio = S / C) of the water vapor mole (S) to the carbon mole (C) in the gas (including tar) in the gas introduction part 12 is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more. When S / C is less than 1.5, tar reforming efficiency tends to be low. In the tar reforming apparatus 10 of the present embodiment, the carbon / steam molar ratio of the gas can be adjusted by the molar ratio adjusting means 18.

(4)ガス流速とガス滞留時間
流動層13のガス流速uは、最小流動化速度umfの2倍以上が好ましく、特に2〜3倍が好ましい。ここで、最小流動化速度umfは、流動層13を形成するために必要な最低限のガス流速を意味し、これ以下では流動層13が流動停止になるガス流速を意味する。ここで、ガス流速は、改質炉本体の空塔ガス流速である。CaO粒子径などの条件にもよるが、最小流動化速度umfは、通常は0.05m/s以上であり、一般には0.1m/s程度である。
(4) Gas flow rate and gas residence time The gas flow rate u 0 of the fluidized bed 13 is preferably at least twice the minimum fluidization rate u mf , particularly preferably 2 to 3 times. Here, the minimum fluidization speed u mf means a minimum gas flow rate necessary for forming the fluidized bed 13, and below this means a gas flow rate at which the fluidized bed 13 stops flowing. Here, the gas flow rate is a superficial gas flow rate of the reforming furnace main body. Although depending on conditions such as the CaO particle diameter, the minimum fluidization speed u mf is usually 0.05 m / s or more, and generally about 0.1 m / s.

また、ガス流速は、0.2m/s以上であり、0.2〜0.3m/sの範囲内であることが好ましい。また、流動層13内でのガス滞留時間は、通常は1s以上であり、1.5s以上であることが好ましい。本実施形態のタール改質装置10では、ガス流速や滞留時間は、ガス流速調整手段17により調整することができる。   Further, the gas flow rate is 0.2 m / s or more, preferably in the range of 0.2 to 0.3 m / s. Moreover, the gas residence time in the fluidized bed 13 is usually 1 s or longer, and preferably 1.5 s or longer. In the tar reforming apparatus 10 of the present embodiment, the gas flow rate and residence time can be adjusted by the gas flow rate adjusting means 17.

以上のように、本発明のタール改質装置やタール改質方法を用いることで、安価なCaO吸収剤(石灰石カ焼から得る)を利用し、酸素分離プラントや高価な触媒が必要なく、低コストかつ高いH含有ガスでタール改質を実現できる。 As described above, by using the tar reforming apparatus and the tar reforming method of the present invention, an inexpensive CaO absorbent (obtained from limestone calcining) is used, and an oxygen separation plant and an expensive catalyst are not required, and low Tar reforming can be realized with a costly and high H 2 -containing gas.

2.他の実施形態
流動層13を加熱する方法としては、上記の実施形態のように高温の熱分解、ガス化ガスをそのまま流動層13の加熱に用いる形態のほか、流動層13を加熱する手段を別途設ける形態であってもよい。図3は、加熱手段を設けた実施形態を示す模式図である。
2. Other Embodiments As a method of heating the fluidized bed 13, in addition to the form in which high-temperature pyrolysis and gasification gas are directly used for heating the fluidized bed 13 as in the above embodiment, means for heating the fluidized bed 13 is used. It may be a form provided separately. FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment provided with a heating means.

図3(a)に示す実施形態では、改質炉本体11の外周部に加熱手段21を設けて流動層13を加熱している。加熱手段21としては、ヒーターなど公知の手段を採用することができる。加熱手段21は、温度を制御できるようにすることが好ましい。このような構成とすることで、流動層13の温度を厳密に制御することが可能となり、タール改質効率を向上させることができる。   In the embodiment shown in FIG. 3A, the fluidized bed 13 is heated by providing the heating means 21 on the outer periphery of the reforming furnace body 11. As the heating means 21, a known means such as a heater can be adopted. It is preferable that the heating means 21 can control temperature. With such a configuration, the temperature of the fluidized bed 13 can be strictly controlled, and the tar reforming efficiency can be improved.

図3(b)に示す実施形態では、改質炉本体11の外側に加熱手段22を設け、改質炉本体11からCaO粒子を循環させるとともに加熱している。加熱手段22は、中空の筒、送風機、ヒーターなどを設け、送風機の風力でCaO粒子を筒内に通過させるとともに、筒の外部に設けたヒーターなどでCaO粒子を加熱する手段などを使用することができる。このような構成とすることで、CaO粒子をまんべんなく加熱することが可能となり、タール改質効率を向上させることができる。   In the embodiment shown in FIG. 3B, the heating means 22 is provided outside the reforming furnace body 11, and CaO particles are circulated from the reforming furnace body 11 and heated. The heating means 22 is provided with a hollow cylinder, a blower, a heater, etc., and uses a means for heating the CaO particles with a heater provided outside the cylinder while allowing the wind of the blower to pass the CaO particles into the cylinder. Can do. By setting it as such a structure, it becomes possible to heat CaO particle | grains uniformly and tar improvement efficiency can be improved.

3.変形例
なお、上記の実施形態では、CaO粒子径、流動層13の温度、ガスの炭素・水蒸気モル比、ガス流速とガス滞留時間は、粒子径調整手段16、加熱手段21,22、モル比調整手段18、ガス流速調整手段17によってそれぞれ自動的に制御している。しかしながら、本発明のタール改質装置やタール改質方法では、これに限定されない。これらの手段を不要とし、装置によって自動的に調整するのではなく、人手によって調整することも可能である。すなわち、上記の実施形態の装置から、これらの手段の少なくとも1つを除去した装置を用いたタール改質装置を用い、タール改質方法を実施することも可能である。
3. In the above embodiment, the CaO particle diameter, the temperature of the fluidized bed 13, the gas carbon / water vapor molar ratio, the gas flow rate and the gas residence time are the particle diameter adjusting means 16, the heating means 21, 22, and the molar ratio. The adjusting means 18 and the gas flow rate adjusting means 17 are respectively automatically controlled. However, the tar reforming apparatus and the tar reforming method of the present invention are not limited to this. These means are unnecessary, and it is also possible to adjust manually rather than automatically by the apparatus. That is, it is also possible to implement the tar reforming method using a tar reformer using a device obtained by removing at least one of these means from the device of the above embodiment.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。また、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, these do not limit the objective of this invention. The present invention is not limited to these examples.

1.実験装置及び実験方法
小型二段流動層反応装置を用いて、下段ガス化炉(約800℃)に水蒸気と石炭、バイオマス等タール発生物質を連続的に供給し熱分解を行い、発生したタールと他ガス(水蒸気を含む)を上段の改質炉に導入した。上段改質炉にCaO粒子流動層を設けて、タールの水蒸気改質を行った。排ガスラインにタールトラップ装置とガス組成分析装置を設け、排ガス組成を連続的に測定した。また、回収した液体中の炭素含有量(TOC)を分析した。
1. Experimental apparatus and experimental method Using a small two-stage fluidized bed reactor, steam and coal, biomass, and other tar-generating substances such as biomass are continuously supplied to the lower gasifier (approximately 800 ° C) for thermal decomposition. Other gases (including steam) were introduced into the upper reforming furnace. The upper reforming furnace was provided with a CaO particle fluidized bed to perform steam reforming of tar. A tar trap device and a gas composition analyzer were installed in the exhaust gas line, and the exhaust gas composition was continuously measured. Moreover, the carbon content (TOC) in the collected liquid was analyzed.

以下、本実施例で使用した実験装置と実験方法について具体的に説明する。図4に、本実施例で使用した二段流動層反応装置の概略図を示す。石英ガラス製の流動層反応器を上段の改質反応器とし、下段に更に一段の石英ガラス製の流動層ガス化反応器を設けた。上下段反応器の内径はいずれも約30mmであり、長さはそれぞれ約1500mmと1000mmである。電気炉による加熱域は上下段反応管それぞれ約1000mmと500mmである。   Hereinafter, the experimental apparatus and experimental method used in this example will be described in detail. FIG. 4 shows a schematic diagram of the two-stage fluidized bed reactor used in this example. A fluidized bed reactor made of quartz glass was used as the upper reforming reactor, and a fluidized bed gasification reactor made of quartz glass was further provided in the lower stage. The inner diameters of the upper and lower reactors are both about 30 mm, and the lengths are about 1500 mm and 1000 mm, respectively. The heating zone by the electric furnace is about 1000 mm and 500 mm respectively for the upper and lower stage reaction tubes.

下段反応器の下側には、下段反応器内に石炭やバイオマス等を供給するために、下段反応器の長手方向に対して約30℃の角度で屈曲する供給管を設けた。
上段反応器には、上段反応器の出口に透明な風冷ゾーンを設け、石英反応管の内壁面へのタールの付着(発生)の有無やその状態を目視で確認できるようにした。
上段から排出した生成ガス(ガス化及びタール改質ガス)は、まず石英ガラスの風冷ゾーンを通して約150℃まで冷却するとともに、風冷ゾーン内壁面へのタール付着の有無を確認した。さらに、冷却後の生成ガスを凝縮瓶で気液分離し、フィルターを通してガス分析装置に導入した。
A supply pipe that is bent at an angle of about 30 ° C. with respect to the longitudinal direction of the lower reactor was provided below the lower reactor in order to supply coal, biomass, and the like into the lower reactor.
The upper reactor was provided with a transparent air-cooling zone at the outlet of the upper reactor, so that the presence or absence or the state of tar adhesion (generation) to the inner wall surface of the quartz reaction tube could be visually confirmed.
The generated gas (gasification and tar reforming gas) discharged from the upper stage was first cooled to about 150 ° C. through the air cooling zone of quartz glass, and the presence or absence of tar on the inner wall surface of the air cooling zone was confirmed. Furthermore, the product gas after cooling was gas-liquid separated in a condensing bottle and introduced into a gas analyzer through a filter.

2.実験結果(タール改質の適切な条件)
2.1 適切な流動層温度(800℃以上)
図5は、CaO粒子流動層温度が900℃、850℃、800℃に調整した場合のタール発生(目視域にタール生成有無)状況を示した写真である。CaO粒子流動層温度が900℃(図(a))と850℃(図(b))の場合は、ほとんど付着物が確認されず、ガラス管が透明のままであったが、温度を800℃(図(c))に下げると、タール目視部の付着物が多くなっている。したがって、タールの改質効率の観点から、流動層13の温度は高いほどよく、800℃以上、好ましくは850℃以上であることがわかった。
2. Experimental results (appropriate conditions for tar reforming)
2.1 Appropriate fluidized bed temperature (800 ° C or higher)
FIG. 5 is a photograph showing the state of tar generation (whether or not tar is generated in the visual range) when the CaO particle fluidized bed temperature is adjusted to 900 ° C., 850 ° C., and 800 ° C. When the CaO particle fluidized bed temperature was 900 ° C. (FIG. (A)) and 850 ° C. (FIG. (B)), almost no deposits were observed and the glass tube remained transparent. When lowered to (figure (c)), there are many deposits on the tar viewing part. Therefore, from the viewpoint of tar reforming efficiency, it was found that the higher the temperature of the fluidized bed 13, the better, 800 ° C or higher, preferably 850 ° C or higher.

2.2 適切な粒子径(0.1〜1mm)
図6は、異なる粒子径のCaO粒子流動層のタール改質効果(タール生成有無)を示した写真である。この結果から、CaO粒子径が1〜2mmの場合(図の(a))は、タール目視観察域にタールが付着した様子が見られる。これは粒子が大きくなったため、粒子の比外表面積が減少し、タール改質効果が悪くなったためと考えられる。一方、CaO粒子径が0.1〜1mmの範囲の場合(図の(b))では、目視観察域にはタール付着がほとんどなく、CaO粒子によってタールが完全に改質されたことがわかる。したがって、タールの改質効率の観点から、CaO粒子径は0.1〜1mmが好ましいことがわかった。
2.2 Appropriate particle size (0.1-1mm)
FIG. 6 is a photograph showing the tar reforming effect (presence / absence of tar generation) of CaO particle fluidized beds having different particle sizes. From this result, when the CaO particle diameter is 1 to 2 mm ((a) in the figure), it can be seen that tar adheres to the tar visual observation area. This is thought to be because the specific surface area of the particles decreased because the particles became larger, and the tar reforming effect deteriorated. On the other hand, when the CaO particle diameter is in the range of 0.1 to 1 mm ((b) in the figure), it can be seen that there is almost no tar adhesion in the visual observation area, and the tar has been completely modified by the CaO particles. Therefore, it was found that the CaO particle diameter is preferably 0.1 to 1 mm from the viewpoint of tar reforming efficiency.

2.3 適切な炭素・水蒸気モル比(S/C>1.5)
図7は、CaO粒子(粒子径0.1〜1mm)の流動層13において、炭素・水蒸気モル比を変更した場合におけるタール改質効果(タール生成有無)を示した写真である。図の「S/C」は「水蒸気モル/炭素モル」を示す。この図に示すように、S/C=1.5の場合(図の(a))では、ガラス管はほぼ透明であり、タール付着がほとんど見られなかった。一方、S/C=1の場合(図の(b))は、反応管が透明ではなく、タールが付着した様子が見られた。したがって、タールの改質効率の観点から、炭素・水蒸気モル比は1.5以上が好ましいことがわかった。
2.3 Appropriate carbon / water vapor molar ratio (S / C> 1.5)
FIG. 7 is a photograph showing the tar reforming effect (whether or not tar is produced) when the carbon / water vapor molar ratio is changed in the fluidized bed 13 of CaO particles (particle diameter 0.1 to 1 mm). “S / C” in the figure indicates “water vapor mole / carbon mole”. As shown in this figure, in the case of S / C = 1.5 ((a) in the figure), the glass tube was almost transparent, and tar adhesion was hardly seen. On the other hand, in the case of S / C = 1 ((b) in the figure), the reaction tube was not transparent, and a state where tar adhered was observed. Therefore, it was found that the carbon / steam molar ratio is preferably 1.5 or more from the viewpoint of tar reforming efficiency.

2.4 適切なガス流速(空塔速度)比率(umfの2〜3倍)
図8は、CaO粒子径0.1〜1mm場合のガス流速とともに流動層差圧(流動状態)の実験結果を示すグラフである。最小流動化速度umfは、約0.1m/sであり、空塔速度がumfの2倍以上になると、気泡が均一に発生し、流動層13が維持された状態になる。したがって、流動層維持の観点から、流動層における最小流動化速度(umf)に対するガス流速(u)の比率(u/umf)は2倍以上、特に2〜3倍の範囲内が好ましいことがわかった。
2.4 Appropriate gas flow rate (superficial velocity) ratio (2 to 3 times u mf )
FIG. 8 is a graph showing experimental results of the fluidized bed differential pressure (fluid state) together with the gas flow rate when the CaO particle diameter is 0.1 to 1 mm. The minimum fluidization speed u mf is about 0.1 m / s, and when the superficial velocity becomes twice or more than u mf , bubbles are uniformly generated and the fluidized bed 13 is maintained. Therefore, from the viewpoint of maintaining the fluidized bed, the ratio (u 0 / u mf ) of the gas flow rate (u 0 ) to the minimum fluidization speed (u mf ) in the fluidized bed is 2 times or more, particularly within a range of 2 to 3 times. It turned out to be preferable.

2.5 流動層内ガス滞留時間(>1s)
図9は、改質温度900℃、CaO粒子径0.1〜1mm、S/C=1.5の場合において、異なるガス流速(空塔速度)での流動層13のタール改質効果を示す写真である。滞留時間が1.5s(ガス流速が0.27m/s)の場合(図の(a))も滞留時間が1s(ガス流速が0.36m/s)の場合(図の(b))も、いずれもガラス管はほぼ透明であり、タール付着がほとんど見られなかった。したがって、タールの改質効率の観点から、流動層13内のガスの滞留時間は1s以上(ガス流速は0.36m/s以下)が好ましいことがわかった。
2.5 Gas residence time in fluidized bed (> 1s)
FIG. 9 shows the tar reforming effect of the fluidized bed 13 at different gas flow rates (superficial velocity) when the reforming temperature is 900 ° C., the CaO particle diameter is 0.1 to 1 mm, and S / C = 1.5. It is a photograph. When the residence time is 1.5 s (gas flow rate is 0.27 m / s) ((a) in the figure) and when the residence time is 1 s (gas flow rate is 0.36 m / s) ((b) in the figure) In both cases, the glass tube was almost transparent, and tar adhesion was hardly observed. Therefore, it was found that the residence time of the gas in the fluidized bed 13 is preferably 1 s or more (gas flow rate is 0.36 m / s or less) from the viewpoint of tar reforming efficiency.

2.6 最適条件でのタール改質と改質ガス組成
図10は、CaO粒子径0.1〜1mm、改質温度900℃、水蒸気濃度S/C=1.5、ガス流速uがumfの2.7倍、CaO流動層内ガス滞留時間が1.5sなど、最適条件が揃った場合のタール改質からの生成ガス組成の結果を示すグラフである。これらの条件では、タールが完全に改質され、改質後のガス組成はHが多く、その以外はCO,COとCHであるとわかる。すなわち、タール(C)がH、CO、COに分解されることがわかる。
2.6 Tar reforming and reformed gas composition under optimum conditions FIG. 10 shows a CaO particle diameter of 0.1 to 1 mm, a reforming temperature of 900 ° C., a water vapor concentration S / C = 1.5, and a gas flow rate u 0 of u. It is a graph which shows the result of the product gas composition from tar reforming when optimal conditions, such as 2.7 times mf and the gas residence time in a CaO fluidized bed 1.5s, are prepared. Under these conditions, tar is completely reformed, and the gas composition after reforming has a lot of H 2 , and it is understood that the rest are CO, CO 2 and CH 4 . That is, it can be seen that tar (C m H n ) is decomposed into H 2 , CO, and CO 2 .

10 タール改質装置、11 改質炉本体、11a フリーボード、12 ガス導入部、13 流動層、14 粒子導入部 15 ガス排出部、16 粒子径調整手段、17 ガス流速調整手段、18 モル比調整手段、21 加熱手段、22 加熱手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tar reformer, 11 Reforming furnace main body, 11a Free board, 12 Gas introduction part, 13 Fluidized bed, 14 Particle introduction part 15 Gas discharge part, 16 Particle diameter adjustment means, 17 Gas flow rate adjustment means, 18 Molar ratio adjustment Means, 21 heating means, 22 heating means

Claims (8)

ガス中に含まれるタールを水蒸気改質するためのタール改質装置であって、
改質炉本体と、
前記改質炉本体内に配置され前記ガスと接触していない状態の酸化カルシウム(CaO)粒子を含む流動層と、
前記タールを含むガスと水蒸気とを同時又は個別に前記流動層に導入するガス導入部と、を備え、
前記流動層において、前記酸化カルシウム粒子の触媒作用によって前記ガスに含まれる前記タールが750〜950℃の温度で前記水蒸気により改質されることを特徴とするタール改質装置。
A tar reforming device for steam reforming tar contained in a gas,
A reformer body,
A fluidized bed containing calcium oxide (CaO) particles arranged in the reformer body and not in contact with the gas;
A gas introduction section for introducing the tar-containing gas and water vapor into the fluidized bed simultaneously or separately,
In the fluidized bed, the tar reforming apparatus characterized in that the tar contained in the gas is reformed by the steam at a temperature of 750 to 950 ° C. by the catalytic action of the calcium oxide particles.
前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のタール改質装置。   The tar reforming apparatus according to claim 1, further comprising heating means for heating the calcium oxide particles to 750 to 950 ° C. 前記ガスとして、750℃以上の高温ガスを生成する燃焼装置を更に備え、
該高温ガスの熱によって前記流動層において前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱することを特徴とする請求項1に記載のタール改質装置。
The gas further includes a combustion device that generates a high temperature gas of 750 ° C. or higher,
The tar reforming apparatus according to claim 1, wherein the calcium oxide particles are heated to 750 to 950 ° C in the fluidized bed by the heat of the high-temperature gas.
前記酸化カルシウム粒子の粒子径が0.1〜1mmの範囲内となるように粒子径を調整する粒子径調整手段と、
前記ガス中に含まれる炭素のモル(C)に対する水蒸気のモル(S)の比率(S/C)が1.5以上となるようにモル比を調整するモル比調整手段と、
前記流動層における最小流動化速度(umf)に対するガス流速(u)の比率(u/umf)が2以上となるようにガス流速を調整するガス流速調整手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のタール改質装置。
Particle diameter adjusting means for adjusting the particle diameter so that the particle diameter of the calcium oxide particles is within a range of 0.1 to 1 mm;
A molar ratio adjusting means for adjusting a molar ratio so that a ratio (S / C) of a mole (S) of water vapor to a mole (C) of carbon contained in the gas is 1.5 or more;
In that it comprises a gas flow rate adjusting means for adjusting the gas flow rate so that the ratio of gas flow velocity (u 0) (u 0 / u mf) is 2 or more with respect to the minimum fluidization velocity (u mf) in the fluidized bed The tar reformer according to claim 1, wherein
ガス中に含まれるタールを水蒸気改質するためのタール改質方法であって、
前記ガスと接触していない状態の酸化カルシウム(CaO)粒子を含む流動層を改質炉本体内に配置する流動層配置工程と、
タールを含むガスと水蒸気とを同時又は個別に前記流動層に導入するガス導入工程と、
前記流動層において、前記酸化カルシウム粒子の触媒作用によって前記ガスに含まれる前記タールを750〜950℃の温度で前記水蒸気により改質する改質工程と、を備えることを特徴とするタール改質方法。
A tar reforming method for steam reforming tar contained in a gas,
A fluidized bed disposing step of disposing a fluidized bed containing calcium oxide (CaO) particles not in contact with the gas in the reformer body;
A gas introduction step of introducing a gas containing tar and water vapor into the fluidized bed simultaneously or separately;
A reforming step of reforming the tar contained in the gas with the steam at a temperature of 750 to 950 ° C. by the catalytic action of the calcium oxide particles in the fluidized bed. .
前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱する加熱工程を備えることを特徴とする請求項5に記載のタール改質方法。   The tar reforming method according to claim 5, further comprising a heating step of heating the calcium oxide particles to 750 to 950 ° C. 前記ガスとして、750℃以上の高温ガスを生成し、
該高温ガスの熱によって前記流動層において前記酸化カルシウム粒子を750〜950℃に加熱することを特徴とする請求項5に記載のタール改質方法。
As the gas, a high temperature gas of 750 ° C. or higher is generated,
The tar reforming method according to claim 5, wherein the calcium oxide particles are heated to 750 to 950 ° C. in the fluidized bed by the heat of the high-temperature gas.
前記酸化カルシウム粒子の粒子径が0.1〜1mmの範囲内であり、
前記ガス中に含まれる炭素のモル(C)に対する前記水蒸気のモル(S)の比率(S/C)が1.5以上であり、
前記流動層における最小流動化速度(umf)に対するガス流速(u)の比率(u/umf)が2以上であることを特徴とする請求項5に記載のタール改質方法。
The particle diameter of the calcium oxide particles is in the range of 0.1 to 1 mm,
The ratio (S / C) of the mole (S) of water vapor to the mole (C) of carbon contained in the gas is 1.5 or more,
Tar reforming method according to claim 5, wherein the ratio of gas flow rate to the minimum fluidization velocity (u mf) in the fluidized bed (u 0) (u 0 / u mf) is 2 or more.
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