JP3933105B2

JP3933105B2 - 流動層ガス化システム

Info

Publication number: JP3933105B2
Application number: JP2003201826A
Authority: JP
Inventors: 英人池田; 俊之須田; 稔浅井
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP2005041959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体燃料のガス化を行う流動層ガス化システムに係り、特に、循環流動層の炉本体とサイクロン、およびバブリング流動層を組み合わせた流動層ガス化システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、循環流動層ボイラ及びバブリング流動層ボイラでの燃焼技術は既に確立され、ごみ焼却設備などに種々使用されている。
【０００３】
この循環流動層やバブリング流動層を用い、循環流動層で、バイオマス、石炭などのガス化を行い、バブリング流動層で、チャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、これを、循環流動層に戻す流動層ガス化システムが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
この流動層ガス化システムは、循環流動層ガス化炉で、原料を流動媒体と共に流動化してガス化させ、発生したガス化ガスと流動媒体及びチャーをサイクロンで分離して、流動媒体とチャーは、バブリング流動層燃焼室に導入して流動化させてチャーを燃焼させ、発生した熱で流動媒体を加熱し、流動媒体を循環流動層ガス化炉に循環するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−１７６４８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガス化反応は吸熱反応であり、熱を与えなければガス化しない。
【０００７】
上述の特許文献１の循環流動層ガス化システムでの部分酸化は、燃料の部分酸化によって発生した熱を使ってガス化し、また流動化には、空気の他に窒素などの不活性ガスを多量に使って流動化するため、ガス化効率が悪く、また生成されたガス化ガス中には不活性ガスや燃焼ガスが多量に混入するため、発熱量が低くなってしまう問題がある。
【０００８】
また内部循環型流動層ガス化炉では、部分酸化で熱砂で、ガス化反応を行うため、部分酸化で発生した燃焼ガスとガス化ガスの分離はできず、また、流動媒体をガス化炉内部で循環するため、その循環量の制御が困難であり、ガス化ガス反応の制御が困難な問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、不活性ガスを含まない高カロリーのガス化ガスを得ることができる流動層ガス化システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ガス化によって生成されたチャーと流動媒体とを風箱からの空気によって高速で流動化させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する循環流動層燃焼炉と、循環流動層燃焼炉からの流動媒体を分離する分離器と、分離器で分離された流動媒体を導入し、これを水蒸気で流動化しつつ供給された原料をガス化すると共に流動媒体と原料のガス化によって生成されたチャーの一部を上記循環流動層燃焼炉に循環するバブリング流動層ガス化炉とを備えた流動層ガス化システムである。
【００１１】
請求項２の発明は、循環流動層燃焼炉には、バブリング流動層ガス化炉からのチャーが不足するとき、循環流動層燃焼炉に燃料を供給する補助燃料供給管が接続される請求項１記載の流動層ガス化システムである。
【００１２】
請求項３の発明は、バブリング流動層ガス化炉は、分離器で分離された流動媒体と未燃チャーを導入する導入部と、原料が供給され、その原料を流動媒体の熱でガス化するガス化部と、導入部とガス化部とを連通して導入部からガス化部へ流動媒体を移送する連通部と、導入部、連通部及びガス化部に渡って形成され、流動化とガス化反応を行うべく水蒸気を供給する水蒸気ボックス部とを備えた請求項１又は２記載の流動層ガス化システムである。
【００１３】
請求項４の発明は、ガス化部には、生成したガス化ガスを回収するガス回収器が接続される請求項１〜３いずれかに記載の流動層ガス化システムである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１において、１０は、原料のガス化によって生成されたチャーＣと流動媒体Ｓとを高速で流動化させつつそのチャーＣを燃焼させて流動媒体を加熱する循環流動層燃焼炉で、縦型筒状の炉体１１からなり、その底部に風箱１２が形成されて構成される。
【００１６】
風箱１２には、空気供給管１３が接続され、炉体１１の側部には、補助燃料として供給する補助燃料管１４が接続される。炉体１１内の上部には熱回収用の熱交換器１５が設けられる。熱交換器１５には、水供給管１６が接続され、熱交換器１５の出口に水蒸気管１７が接続される。
【００１７】
循環流動層燃焼炉１０の上部には移送管１８を介してサイクロンからなる分離器２０が接続される。
【００１８】
この分離器２０は、外筒２１と内筒２２からなり、移送管１８から外筒２１内に接線方向に導入された未燃チャーと流動媒体を含む排ガスを遠心分離し、排ガス及び粒径の細かい灰分は、内筒２２から排出し、粒径の粗い未燃チャーと流動媒体は、分離器２０に接続した降下管３３より下部のバブリング流動層ガス化炉２４に供給するようになっている。
【００１９】
バブリング流動層ガス化炉２４は、分離器２０で分離された流動媒体を導入する導入部２６と、原料供給ライン２９から供給された原料Ｍを流動媒体Ｓの熱でガス化するガス化部２７と、導入部２６とガス化部２７とを連通して導入部２６からガス化部２７へ流動媒体Ｓを移送する連通部２８と、導入部２６、連通部２８及びガス化部２７に渡って形成された水蒸気ボックス部３０とからなり、その水蒸気ボックス部３０に水蒸気供給ライン３２が接続される。
【００２０】
この水蒸気供給ライン３２の水蒸気は、上記熱交換器１５の水蒸気管１７からの水蒸気を用いるようにしても、また、内筒２２から排出される排ガスのラインに熱交換器を接続し、その排ガスの熱を回収した水蒸気を用いるようにしてもよい。
【００２１】
降下管３３は、バブリング流動層ガス化炉２４の導入部２６の頂部に接続される。連通部２８は、ガス化部２７で生成したガス化ガスが導入部２６へ逆流することがないように、導入部２６とガス化部２７の下部を連通し、かつ導入部２６に形成される流動層２６ａとガス化部２７に形成される流動層２７ａの高さより充分低く形成されると共に流動層２６ａと流動層２７ａの高低差により流動媒体等を導入部２６からガス化部２７へ移送するようになっている。
【００２２】
ガス化部２７の頂部には生成したガス化ガスを排出する排出管３４が接続され、その排出管３４にサイクロンからなるガス回収器３６が接続される。ガス回収器３６で回収されたガス化ガス（Ｈ₂ ，ＣＯ、ＣＨ₄ 等）は、内管３７から利用系に供給され、外管３８で分離された固形分は、トラップ３９に回収されるようになっている。
【００２３】
バブリング流動層ガス化炉２４のガス化部２７には、オーバフロー管４０が接続され、そのオーバフロー管４０より流動媒体と原料のガス化によって生成されたチャーが循環流動層燃焼炉１０に戻されるようになっている。
【００２４】
次に本発明の作用を述べる。
【００２５】
循環流動層燃焼炉１０内には、バブリング流動層ガス化炉２４よりオーバフロー管４０にてチャーＣ及び流動媒体Ｓが循環供給され、空気箱１２からの空気で流動化されると共に燃焼される。この際、循環流動層燃焼炉１０内の燃焼が不足している場合には補助燃料供給管１４より燃料Ｆ（石炭、バイオマス等）を供給する。
【００２６】
循環流動層燃焼炉１０内での流動は高速流動であり、チャーＣは流動化空気で燃焼されながら流動媒体Ｓと共に炉体１１を上昇し、熱交換器１５内の水を加熱し、移送管１８より分離器２０に移送される。
【００２７】
分離器２０に導入された排ガスと未燃焼チャーＣと流動媒体Ｓは、遠心分離により気−固分離され、細かい灰分を含む排ガスは、内筒２２より排気され、未燃チャーと流動媒体Ｓとが外筒２１より降下管３３を、図示の矢印のように降下してバブリング流動層ガス化炉２４の導入部２６に導入される。
【００２８】
導入部２６には、水蒸気ボックス部３０より水蒸気３２が供給されており、その水蒸気により、流動媒体Ｓと未燃燃料とが流動化され、連通部２８よりガス化部２７に流入する。
【００２９】
ガス化部２７には、原料供給ライン２９より、原料Ｍ（バイオマス、微粉炭等）が供給され、水蒸気ボックス部３０より供給された水蒸気３２で流動化される。この流動層２７ａ内の流動媒体Ｓは、高温（８００℃程度）であり、原料Ｍがその流動媒体Ｓの熱で、水蒸気の下、還元反応により、水素（Ｈ₂ ）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ₄ ）などが混在したガス化ガスとされる。
【００３０】
このガス化部２７で生成するガス化ガスは、ガス分が水蒸気のため、従来のように流動化のための空気や窒素などの不活性ガスを含まないため、高濃度のガス化ガスであり、発熱量の高いガスが得られると共に、ガス中に灰分などを含まない高純度のものが得られる。
【００３１】
生成したガス化ガスは、排出管３４より回収器３６にてガス化ガス中に同伴した微粉末が除去されて内管３７より排出され、例えば、加圧された後ガスタービン等に供給される。
【００３２】
また、ガス化部２７で反応しなかったチャーと流動媒体は、オーバーフロー管４０から循環流動層燃焼炉１０に循環され、再度上述のように燃焼と流動化が行われることとなる。
【００３３】
このガス化部２７でのガス化反応を詳しく説明すると、ガス化部２７では、原料供給ライン２９から供給された原料Ｍを熱分解（１）し、熱分解で生成したチャーを水蒸気により水性ガス化（２）し、さらに、水性ガス化で生成したＣＯのシフト反応（３）を下記のように行う。
（１）熱分解
燃料（原料） → 揮発分（ＣＯ，Ｈ₂ ,炭化水素）＋Ｃ（チャー）
（２）水性ガス化
Ｃ（チャーの一部）＋Ｈ₂ Ｏ（水蒸気） → ＣＯ＋Ｈ₂
（３）ＣＯシフト
ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ（水蒸気） → ＣＯ₂ ＋Ｈ₂
熱分解は、流動媒体のもつ熱により行われ、水性ガス化とＣＯシフト反応は、水蒸気供給ライン３２から投入した水蒸気により制御される。
【００３４】
チャーの一部は未反応としてオーバフロー管４０から循環流動層燃焼炉１０に循環されるが、上記（２）の反応は、ガス化に必要な熱量を供給できる分のチャーが余るように水蒸気量を制御するようにする。
【００３５】
このように、循環流動層燃焼炉１０でチャーを略完全燃焼させて流動媒体Ｓを加熱し、その加熱した流動媒体をバブリング流動層ガス化炉２４に導入し、そこで原料と水蒸気との改質反応の熱源に使用することで、生成するガス化ガス中に窒素分が含まないものとすることができる。またガス化ガス中に同伴する水蒸気は、凝縮させることで簡単に分離できるため高カロリーのガス化ガスを得ることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、循環流動層燃焼炉で流動媒体を加熱し、その加熱した流動媒体をバブリング流動ガス化炉に導入し、そこで原料を流動媒体の熱で改質反応を行うことで、生成されるガス化ガス中には窒素等の不純物を含むことがないため、発熱量の高いガスとすることができ、利用価値の高いガス化ガスとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０循環流動層燃焼炉
２０分離器
２４バブリング流動層ガス化炉
Ｃチャー
Ｍ原料
Ｓ流動媒体

Claims

ガス化によって生成されたチャーと流動媒体とを風箱からの空気によって高速で流動化させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する循環流動層燃焼炉と、循環流動層燃焼炉からの流動媒体を分離する分離器と、分離器で分離された流動媒体を導入し、これを水蒸気で流動化しつつ供給された原料をガス化すると共に流動媒体と原料のガス化によって生成されたチャーの一部を上記循環流動層燃焼炉に循環するバブリング流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする流動層ガス化システム。
循環流動層燃焼炉には、バブリング流動層ガス化炉からのチャーが不足するとき、循環流動層燃焼炉に燃料を供給する補助燃料供給管が接続される請求項１記載の流動層ガス化システム。
バブリング流動層ガス化炉は、分離器で分離された流動媒体と未燃チャーを導入する導入部と、原料が供給され、その原料を流動媒体の熱でガス化するガス化部と、導入部とガス化部とを連通して導入部からガス化部へ流動媒体を移送する連通部と、導入部、連通部及びガス化部に渡って形成され、流動化とガス化反応を行うべく水蒸気を供給する水蒸気ボックス部とを備えた請求項１又は２記載の流動層ガス化システム。
ガス化部には、生成したガス化ガスを回収するガス回収器が接続される請求項１〜３いずれかに記載の流動層ガス化システム。