JP4230515B2 - 粒子・ガス分離装置付き反応装置および粒子・ガス分離工程を有する反応方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを反応の対象とし、粒子・ガス分離装置を備える反応装置に関し、特に廃棄物、ＲＤＦ、バイオマス等の低級資源や石炭等の化石燃料等の原料をガス化し、ガス化したガスと粒子を分離する粒子・ガス分離装置を備える反応装置に関する。

図１０に示すように、従来の流動床ガス化炉６０１は、原料ａが投入される投入口６０２と、流動化ガスｇが供給される散気坂６０３と、生成した可燃ガスｂが排出される排出口６０４とを備えていた。流動床ガス化炉６０１の排出口６０４から排出された可燃ガスｂは、配管６０６を介してサイクロンセパレータ６０５に送られ、サイクロンセパレータ６０５によって粒子ｃが分離され、分離された粒子ｃは配管６０７を介して流動床ガス化炉６０１に戻されていた。粒子ｃが分離された可燃ガスｂは、可燃ガスｂを利用する後段の不図示の可燃ガス利用装置に送られていた。

以上のような流動床ガス化炉６０１では、一度炉外に排出したガス流れ中からサイクロンセパレータ６０５で粒子ｃを分離し、分離した粒子ｃをガス化炉６０１内に戻している。このためには、粒子ｃを移送する炉外の配管６０６、６０７が必要となり、粒子ｃの取扱い上のトラブルを避けるため特別の工夫が必要となる。また、粒子ｃが高温であり、その熱を利用するプロセスであるので、一度炉外に排出されることにより、熱がサイクロンセパレータ６０５、および外部配管６０６、６０７から放出され粒子ｃの放熱損失が増大し、系全体の反応効率が低下する。温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある場合においては、その影響によりさらに取扱い上のトラブル要因が増加する。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、粒子を反応ガスから分離する際に、粒子の取扱い上のトラブルが生じにくく、系全体の反応効率が低下することがなく、液状物質が析出しにくい反応装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による反応装置１は、例えば図３に示すように、内部で流動媒体を流動させ、第１の界面を有する流動床を形成する第１の室１ ０２と；内部で流動媒体を流動させ、第２の界面を有する流動床を形成した、第１の室１ ０２と一体に形成された第２の室１０３と；第１の室１０２の内部に設置され、第１の室 １０２で発生したガスｂと該ガスｂ中の粒子ｃとを分離する粒子・ガス分離装置１３１と ；粒子・ガス分離装置１３１によって粒子ｃの分離されたガスｂを、外部に供給するガス 供給口１３６とを備え；前記第１の界面を有する流動床と前記第２の界面を有する流動床 が、弱流動化域と強流動化域をそれぞれ有し；第１の室１０２と第２の室１０３とは、そ れぞれ前記第１の界面および前記第２の界面より上方においてはガスの流通がないように 第１の仕切壁１１１により仕切られ；第１の仕切壁１１１の下部には第１の開口部１２１ が設けられており、該第１の開口部１２１を通じて、第１の仕切壁１１１近傍の前記第１ の室１０２側の弱流動化域から第１の仕切壁１１１近傍の第２の室１０３側の強流動化域 へ第１の室１０２の流動媒体を移動させるように構成され；粒子・ガス分離装置１３１は 、分離された粒子ｃを導く粒子排出配管１３３Ａを有し、粒子排出配管１３３Ａの排出口 １３４Ａは、排出口１３４Ａから出た粒子ｃが、第１の仕切壁１１１近傍の第１の室１０ ２の弱流動化域に排出されるよう、第１の開口部１２１近傍に位置している。

このように構成すると、第１の室の内部に設置された粒子・ガス分離装置を備え、粒子 ・ガス分離装置は、分離された粒子を導く粒子排出配管を有し、粒子排出配管の排出口は 、排出口から出た粒子が、第１の仕切壁近傍の第１の室の弱流動化域に排出されるよう、 第１の開口部近傍に位置し、第１の開口部を通じて、第１の仕切壁近傍の第１の室側の弱 流動化域から第１の仕切壁近傍の第２の室側の強流動化域へ第１の室の流動媒体を移動さ せるように構成されているので、第１の室の内部で粒子とガスとを分離し、分離した粒子 を流動媒体の移動の流れに乗せ、第１の開口部を通じて、第１の室側から第２の室側へ移 動させ、装置の内部を通して搬送することができ、装置の外部を引き回された外部配管内 を搬送する必要がない。よって、分離された粒子の取扱い上のトラブルが起こりにくく、 温度低下が起こらず、このためタール等の液状物質が析出しにくく、温度低下による系全 体の反応効率の低下、トラブルの発生を避けることができる。また、粒子を連続して系内 に滞留させることができ、系内滞留時間を長くすることができる。

粒子・ガス分離装置は、単数であってもよく、複数であってもよい。反応装置とは、典型的にはガス化反応、燃焼反応を起こさせる装置をいう。また、部分酸化、触媒反応を起こさせるものであってもよい。装置内の圧力は、大気圧と同じもしくは大気圧より低い圧力であってもよく、あるいは大気圧より高い圧力であってもよい。

請求項２に係る発明による反応装置１は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の反応装置において、粒子・ガス分離装置３１がサイクロン式分離装置３１である。

粒子・ガス分離装置がサイクロン式分離装置であるので、広い温度範囲のガスから粒子を分離することができる。また、粒子・ガス分離装置の構造を単純にすることができ、目づまりの起こりにくい分離装置とすることができる。

請求項３に係る発明による反応装置１は、例えば図１に示すように、請求項１または請 求項２に記載の反応装置において、第１の室２が、投入された原料ａを、第１の室２の流 動媒体により熱を与え、熱分解するガス化室２であり；第１の室２で発生したガスｂが可 燃ガスｂであり；粒子ｃが、可燃ガスｂに付随して発生するチャーを含み；第２の室３が 、前記チャーを燃焼し、第２の室３の流動媒体を加熱するチャー燃焼室３である。

上記目的を達成するために、請求項４に係る発明による反応方法は、流動媒体を流動させ、第１の界面と該第１の界面の下方にある第１の濃厚層を有する流動床と、該流動床の上面より上方にフリーボード部とを形成する第１の工程と；流動媒体を流動させ、第２の界面と該第２の界面の下方にある第２の濃厚層を有する流動床を形成する第２の工程と；前記第１の工程で発生したガスと該ガス中の粒子とを前記フリーボード部で分離し、該ガスの温度の低下を起こさず分離する粒子・ガス分離工程と；前記粒子・ガス分離工程によって前記粒子の分離された前記ガスを、ガス利用装置に供給するガス供給工程とを備え；前記第１の濃厚層と前記第２の濃厚層は、弱流動化域と強流動化域をそれぞれ有し；前記第１の界面の上方と前記第２の界面の上方との間においてはガスの流通がないようにし、前記第１の濃厚層の弱流動化域から前記第２の濃厚層の強流動化域へ前記第１の工程の流動媒体を移動させる移動工程とをさらに備え；前記分離された粒子を、前記第１の濃厚層の弱流動化域に導き、前記第１の工程の流動媒体の前記移動工程の移動の流れに乗せて、前記第１の濃厚層から第２の濃厚層へ運ぶ運搬工程を備える。

本反応装置１は、例えば図１に示すように、粒子ｃの同伴されたガスｂの流れが内部に形成される第１の室２と；第１の室２に隣接して一体に形成された第２の室３と；第１の室２の内部に設置された、ガスｂに同伴された粒子ｃとガスｂとを分離する粒子・ガス分離装置３１とを備え；分離された粒子ｃを、第２の室３に導入するように構成され；前記ガスを反応の対象としてもよい。

このように構成すると、第１の室２の内部に設置された粒子・ガス分離装置を備え、ガスに同伴された粒子とガスとを分離し、分離された粒子を、第１の室に隣接して一体に形成された第２の室に導入することができるので、炉の内部で粒子とガスとを分離し、分離した粒子を炉の内部を通して搬送することができ、炉の外部を引き回された外部配管内を搬送する必要がなく、炉の外部で粒子とガスとを分離する必要がない。よって、分離された粒子の取扱い上のトラブルが起こりにくく、温度低下が起こらず、このためタール等の液状物質が析出しにくく、温度低下による系全体の反応効率の低下、トラブルの発生を避けることができる。また、粒子を連続して系内に滞留させることができ、系内滞留時間を長くすることができる。

なお、反応の対象とするとは、例えばある化学反応（ガス化、燃焼も含む）を起こさせるものであってもよいし、固体燃料からガス化反応によりガスが生じる場合を含むこれらの反応の結果生じたものであってもよいことを意味する。粒子を導入とは、例えば粒子を排出する粒子排出配管があって、それが第２の室内に開口し、第２の室内に導入される場合に限らず、第１の室に開口していても第１の室から第２の室への流動媒体の流れに乗せて、第１の室にほとんど滞留することなく第２の室に導入される場合を含む。

本反応装置１は、例えば図１に示すように、第１の室２は、内部で流動媒体を流動させ、界面を有する流動床を形成し、粒子・ガス分離装置３１は前記界面の鉛直方向上方に位置するように設置されるようにしてもよい。

このように構成すると、粒子・ガス分離装置は、界面の鉛直方向上方に位置するように設置されるので、流動媒体を含まないフリーボード部に設置され、粒子を同伴するガスから粒子を効率よく分離することができる。

本反応装置３０１は、例えば図６に示すように、内部で流動媒体を流動させ、界面を有する流動床を形成し、さらに粒子ｃの同伴されたガスｂの流れが内部に形成される第１の室３０２と；第１の室３０２とは別に設けられた第２の室３０３と；第１の室３０２の内部に設置された、ガスｂに同伴された粒子ｃとガスｂとを分離する粒子・ガス分離装置３３１とを備え；分離された粒子ｃを、第２の室３０３に導入するように構成され；ガスｂを反応の対象としてもよい。

このように構成すると、第１の室の内部に設置された粒子・ガス分離装置を備え、ガスに同伴された粒子とガスとを分離し、分離された粒子を、第１の室とは別に設けられた第２の室に導入することができるので、分離した粒子を第１の室から第２の室に搬送する配管のうち室の外部を通る外部配管を短くすることができ、また外部配管の引き回しを最小限にすることができる。よって、分離された粒子の取扱い上のトラブルを起こりにくくし、さらに分離された粒子の温度低下を起こりにくくし、分離された粒子の温度低下による系全体の反応効率の低下、トラブルの発生を避けることができる。なお、第１の室とは別に設けられるとは、一つの容器内に壁で仕切られるような隣接の仕方をしていないことを意味し、配管等で連結されていてもよい。

本反応装置３０１は、例えば図６に示すように、前記流動媒体が、第１の室３０２と第２の室３０３との間で循環するように構成されてもよい。

このように構成すると、前記流動媒体が、第１の室と第２の室との間で循環するように構成されるので、例えば、一方の室で可燃ガスを発生させ、可燃ガスの発生に付随して発生するチャーおよび流動媒体を、他方の室に送ってチャー中可燃分を燃焼させ、流動媒体を一方の室に戻すことができる。

本反応装置１は、例えば図１に示すように、前記反応が、燃焼、部分酸化及びガス化のうちの少なくとも一つであってもよい。よって、反応装置１を、燃焼、部分酸化及びガス化の各種反応が行われる反応装置に適用することができる。また、第１の室２と第２の室３とが、同じ機能を有してもよく、各々異なる機能を有するものであってもよい。

本反応装置１は、例えば図１に示すように、第１の室２と第２の室３とが、各々異なる機能を有するようにしてもよい。よって、分離された粒子ｃをある機能を有する室から異なる機能を有する室に導入することができ、異なる機能を付加することができる。

例えば、各室が各々酸化雰囲気、還元雰囲気といった異なる機能を有する室である場合には、還元雰囲気中からガス流れに伴って飛散する、未燃分を含んだ粒子をガス中から分離し、酸化雰囲気中に移送することにより、未燃分を燃焼させる機能を付加することができる。

本反応装置１は、例えば図４に示すように、第２の室２０３の内部にガスｂの流れが形成され、第１の室２０２の内部に形成されるガスｂの流れの流速と第２の室２０３の内部に形成されるガスｕ１の流速とが異なるようにしてもよい。

粒子が飛散しやすい流速の高い一方の室に粒子・ガス分離装置を設け、粒子を捕捉し、補足した粒子を流速の低い他方の室に導入すれば、粒子を飛散しにくくし反応を行わせることができる。典型的には、第１の室の内部に形成されるガスの流れの流速の方が第２の室の内部に形成されるガスの流れの流速よりも低い。この場合、粒子が飛散しやすい流速の高い第２の室に粒子・ガス分離装置を設け、粒子を捕捉し、その粒子を流速の低い第１の室に導入すれば、粒子を飛散しにくくして反応を行わせることができる。

また、各室のガス流速が異なる場合においては、ガス流速が高い室から低い室に粒子を移送することにより、粒子の系内滞留時間をさらに増加させることができる。これは、例えば流動層炉において通常燃焼域（酸化雰囲気）は激しい流動化となり、ガス化・熱分解域は緩慢な流動化となるので、燃焼域から飛散した反応粒子等を緩慢流動状態（ガス流速が低くて粒子が飛散しにくい）のガス化・熱分解域に戻すことにより、粒子の系内滞留時間が増加し、粒子の反応効率（例えば脱硫効率）の向上が可能である。

以上のように本発明によれば、第１の室の内部に設置された粒子・ガス分離装置を備え、ガスに同伴された粒子とガスとを分離し、分離された粒子を、第１の室に隣接して一体に形成された第２の室に導入することができるので、分離した粒子を炉の内部を通して搬送することができ、炉の外部を引き回された外部配管内を搬送する必要がない。よって、分離された粒子の取扱い上のトラブルが起こりにくく、温度低下が起こらず、温度低下による系全体の反応効率の低下、トラブルの発生を避けることができる。また、粒子を連続して系内に滞留させることができ、系内滞留時間を長くすることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る反応装置としての統合型ガス化炉１について、図１を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明のうちのガス化炉部分の基本的な構成を模式的に表現したものである。図に示す統合型ガス化炉１は、熱分解即ちガス化、チャー燃焼、熱回収の３つの機能をそれぞれ担当する第１の室としてのガス化室２、第２の室としてのチャー燃焼室３、熱回収室４を備え、例えば全体が円筒形又は矩形を成した炉体内に収納されている。チャー燃焼室３は、ガス化室２に隣接して一体に形成されている。

ガス化室２、チャー燃焼室３、熱回収室４は仕切壁１１、１２、１３、１４、１５で分割されており、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成される。各室２、３、４の流動床、即ちガス化室流動床、チャー燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動媒体を流動させるために、各室２、３、４の底である炉底には、流動媒体中に流動化ガスを吹き込む散気装置が設けられている。散気装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成され、該多孔板を広さ方向に分割して複数の部屋に分割されており、各室内の各部の空塔速度を変えるために、散気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変化させるように構成している。空塔速度が室の各部で相対的に異なるので各室２、３、４内の流動媒体も室２、３、４の各部で流動状態が異なり、そのため内部旋回流が形成される。図中、散気装置に示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスの流速を示している。例えば３ｂで示す箇所の太い矢印は、３ａで示す箇所の細い矢印よりも流速が大きい。

ガス化室２とチャー燃焼室３の間は仕切壁１１で仕切られ、チャー燃焼室３と熱回収室４の間は仕切壁１２で仕切られ、ガス化室２と熱回収室４の間は仕切壁１３で仕切られている（なお本図は、円筒形の炉を平面的に展開して図示しているため、仕切壁１１はガス化室２とチャー燃焼室３の間にはないかのように示されている）。即ち、別々の炉として構成されておらず、一つの炉として一体に構成されている。更に、チャー燃焼室３のガス化室２と接する面の近傍には、流動媒体が下降するべく沈降チャー燃焼室５を設ける。即ち、チャー燃焼室３は沈降チャー燃焼室５と、沈降チャー燃焼室５以外のチャー燃焼室本体部とに分かれる。このため、沈降チャー燃焼室５をチャー燃焼室の他の部分（チャー燃焼室本体部）と仕切るための仕切壁１４が設けられている。また沈降チャー燃焼室５とガス化室２は、仕切壁１５で仕切られている。

ここで、流動床と界面について説明する。流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスにより流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくはねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。本発明でいう界面は、ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面ととらえてもよい。

また「流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。

ガス化室２とチャー燃焼室３の間の仕切壁１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に開口部２１が形成されている。但しこの開口部２１の上端が、ガス化室流動床界面、チャー燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上方にまで達することはない。さらに好ましくは、開口部２１の上端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、チャー燃焼室流動床の濃厚層の上面のいずれよりも上方にまで達することはないようにする。言い換えれば、開口部２１は、常に濃厚層に潜っているように構成するのが好ましい。即ち、ガス化室２とチャー燃焼室３とは、少なくともフリーボード部においては、さらに言えば界面より上方においては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方ではガスの流通がないように仕切壁１１により仕切られていることになる。

またチャー燃焼室３と熱回収室４の間の仕切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであり、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはなく、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのない開口部２２が形成されている。

ガス化室２と熱回収室４の間の仕切壁１３は炉底から炉の天井１９にわたって完全に仕切っている。沈降チャー燃焼室５を設けるべくチャー燃焼室３内を仕切る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端は炉底に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関係は、仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降チャー燃焼室５とガス化室２を仕切る仕切壁１５は、仕切壁１１と同様であり、炉の天井１９から炉底に向かってほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に開口部２５が形成され、この開口の上端が濃厚層の上面より下にある。即ち、開口部２５と流動床の関係は、開口部２１と流動床の関係と同様である。

ガス化室２に投入された石炭・ごみ等の原料ａは流動媒体から熱を受け、熱分解、ガス化される。典型的には、原料ａはガス化室２では燃焼せず、いわゆる乾留される。残った乾溜チャーは流動媒体と共に仕切壁１１の下部にある開口部２１からチャー燃焼室３に流入する。このようにしてガス化室２から導入されたチャーはチャー燃焼室３で燃焼して流動媒体を加熱する。チャー燃焼室３でチャーの燃焼熱によって加熱された流動媒体は仕切壁１２の上端を越えて熱回収室４に流入し、熱回収室４内で界面よりも下方にあるように配設された層内伝熱管４１で収熱され、冷却された後、再び仕切壁１２の下部の開口部２２を通ってチャー燃焼室３に流入する。なお、原料ａとして、廃棄物、ＲＤＦ、バイオマス等の低級資源や石炭等の化石燃料等を使用できる。

ここで、熱回収室４は本発明の原料ａのガス化システムに必須ではない。即ち、ガス化室２で主として揮発成分がガス化した後に残る主としてカーボンからなるチャーの量と、チャー燃焼室３で流動媒体を加熱するのに必要とされるチャーの量がほぼ等しければ、流動媒体から熱を奪うことになる熱回収室４は不要である。また前記チャーの量の差が小さければ、例えば、ガス化室２でのガス化温度が高目になり、ガス化室２で発生するＣＯガスの量が増えるという形で、バランス状態が保たれる。

しかしながら図に示すように熱回収室４を備える場合は、チャーの発生量の大きい石炭から、ほとんどチャーを発生させない都市ゴミまで、幅広く多種類の原料ａに対応することができる。即ち、どのような原料ａであっても、熱回収室４における熱回収量を加減することにより、チャー燃焼室３の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体の温度を適切に保つことができる。

一方チャー燃焼室３で加熱された流動媒体は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室５に流入し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５からガス化室２に流入する。

ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び移動について説明する。
ガス化室２の内部で沈降チャー燃焼室５との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降チャー燃焼室５の流動化と比べて強い流動化状態が維持される強流動化域２ｂになっている。全体としては投入された原料ａと流動媒体の混合拡散が促進される様に、場所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良く、一例として図に示したように強流動化域２ｂの他に弱流動化域２ａを設けて旋回流を形成させるようにする。

チャー燃焼室３は中央部に弱流動化域３ａ、周辺部に強流動化域３ｂを有し、流動媒体およびチャーが内部旋回流を形成している。ガス化室２、チャー燃焼室３内の強流動化域２ｂ、３ｂの流動化速度は５Umf以上、弱流動化域２ａ、３ａの流動化速度は５Umf以下とするのが好適であるが、弱流動化域２ａ、３ａと強流動化域３ｂに相対的な明確な差を設ければ、この範囲を超えても特に差し支えはない。チャー燃焼室３内の熱回収室４、および沈降チャー燃焼室５に接する部分には強流動化域３ｂを配するようにするのがよい。また必要に応じて炉底には弱流動化域２ａ、３ａ側から強流動化域２ｂ、３ｂ側に下るような勾配を設けるのが良い（不図示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化が開始される速度）を１Umfとした単位である。即ち、５Umfは最低流動化速度の５倍の速度である。

このように、チャー燃焼室３と熱回収室４との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態を熱回収室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室３側から熱回収室４の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室４内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある下端（の開口部２２）をくぐって熱回収室４側からチャー燃焼室３の側に移動する。

同様に、チャー燃焼室３の本体部と沈降チャー燃焼室５との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部側の流動化状態を沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室３本体部の側から沈降チャー燃焼室５の側に移動流入する。沈降チャー燃焼室５の側に流入した流動媒体は、沈降チャー燃焼室５内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口部２５）をくぐって沈降チャー燃焼室５側からガス化室２側に移動する。なおここで、ガス化室２と沈降チャー燃焼室５との仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態は沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。このことは流動媒体の沈降チャー燃焼室５からガス化室２への移動を誘引作用により助ける。

同様に、ガス化室２とチャー燃焼室３との間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態はガス化室２側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面よりも下方にある（濃厚層に潜った）開口部２１を通してチャー燃焼室３の側に流入する。

チャー燃焼室３と熱回収室４とは、上端が界面の高さ近傍にあり下端が濃厚層に潜った仕切壁１２で仕切られており、仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態が、仕切壁１２近傍の熱回収室４側の流動化状態よりも強く保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１２の上端を越えてチャー燃焼室３側から熱回収室４側に流入移動し、また仕切壁１２の下端をくぐって熱回収室４側からチャー燃焼室３側に移動する。

また、チャー燃焼室３とガス化室２とは、下端が濃厚層に潜った仕切壁１５により仕切られており、仕切壁１５のチャー燃焼室３側には、上端が界面の高さ近傍にある仕切壁１４と仕切壁１５を含む仕切壁で画成された沈降チャー燃焼室５が設けられ、仕切壁１４近傍のチャー燃焼室３本体部側の流動化状態が、仕切壁１４近傍の沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも強く保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１４の上端を越えてチャー燃焼室３の本体部側から沈降チャー燃焼室５側に流入移動する。このように構成することにより沈降チャー燃焼室５に流入した流動媒体は少なくともマスバランスを保つように、仕切壁１５の下端（開口部２５）をくぐって沈降チャー燃焼室５からガス化室２に移動する。このとき、仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態が、仕切壁１５近傍の沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも強く保たれていれば、誘引作用により流動媒体の移動が促進される。

さらにガス化室２とチャー燃焼室３本体部とは、下端が濃厚層に潜った仕切壁１１で仕切られている。沈降チャー燃焼室５からガス化室２に移動してきた流動媒体は、さきのマスバランスを保つように仕切壁１１の下端をくぐってチャー燃焼室３に移動するが、このとき、仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態が、仕切壁１１近傍のガス化室２側の流動化状態よりも強く保たれていれば、さきのマスバランスを保つようにだけではなく、強い流動化状態により流動媒体はチャー燃焼室３側に誘引され移動する。

熱回収室４は全体が均等に流動化され、通常は最大でも熱回収室４に接したチャー燃焼室３の流動化状態より弱い流動化状態となるように維持される。したがって、熱回収室４の流動化ガスの空塔速度は０〜３Umfの間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら沈降流動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化ガスが止まった状態である。このような状態にすれば、熱回収室４での熱回収を最小にすることができる。すなわち、熱回収室４は流動媒体の流動化状態を変化させることによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調節することができる。また、熱回収室４では、流動化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置くこともできるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を調節してもよい。

ガス化室２の流動化ガスとして最も好ましいのは可燃ガスｂを昇圧してリサイクル使用することである。このようにすればガス化室２から出るガスは純粋に原料ａから発生したガスのみとなり、非常に高品質のガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸素ガス）を用いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒体の層温が低下する場合は、必要に応じて無酸素ガスに加えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供給して可燃ガスｂの一部を燃焼させるようにしても良い。チャー燃焼室３に供給する流動化ガスは、チャー燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と蒸気の混合ガスを供給する。また熱回収室４に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用いる。

ガス化室２とチャー燃焼室３の流動床の上面（スプラッシュゾーンの上面）より上方の部分すなわちフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られているので、チャー燃焼室３とガス化室２のそれぞれの圧力P1，P2のバランスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス化室２とチャー燃焼室３とは、仕切壁１１、１５で仕切られているので、それぞれの室の圧力P1，P2が変動しても、この圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開口部２１、２５の上端に下降するまで吸収可能である。従って、層高差で吸収できるチャー燃焼室３とガス化室２のフリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕切壁１５の下部の開口部２１、２５の上端からの、ガス化室流動床のヘッドと、チャー燃焼室流動床のヘッドとのヘッド差にほぼ等しい。

以上説明した実施の形態の統合型ガス化炉１では、一つの流動床炉の内部に、ガス化室２、チャー燃焼室３、熱回収室４の３つを、それぞれ隔壁を介して設け、更にチャー燃焼室３とガス化室２、チャー燃焼室３と熱回収室４はそれぞれ隣接して設けられている。この統合型ガス化炉１は２塔循環方式の炉と違って、チャー燃焼室３とガス化室２間に大量の流動媒体循環を可能にしているので、流動媒体の顕熱だけでガス化のための熱量を充分に供給でき、ガス化炉の原則である「できるだけ少量の、且つ発熱量の高い可燃ガスを得る」ことが最も容易に実現できる。

さらに本発明の実施の形態では、チャー燃焼ガスｕ１と可燃ガスｂの間のシールが完全にされるので、ガス化室２とチャー燃焼室３の圧力バランス制御がうまくなされ、燃焼ガスｕ１と可燃ガスｂが混ざることがなく、可燃ガスｂの性状を低下させることもない。

また、熱媒体としての流動媒体とチャーはガス化室２側からチャー燃焼室３側に流入するようになっており、さらに同量の流動媒体がチャー燃焼室３側からガス化室２側に戻るように構成されているので、自然にマスバランスがとれ、流動媒体をチャー燃焼室３側からガス化室２側に戻すために、コンベヤ等を用いて機械的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンドリングの困難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。

以上説明したように、本発明の実施の形態では、図１に示すように、１つの流動床炉内に、原料ａの熱分解・ガス化、チャー燃焼、及び層内熱回収の３つの機能を共存させ、チャー燃焼室３内の高温流動媒体を熱分解・ガス化の熱源供給の熱媒体としてガス化室２に供給する統合型ガス化炉１において、前記ガス化室２と熱回収室４は互いに接しないように配置するか、もしくは仕切壁１３によって炉底から天井１９にわたって完全に仕切るかし、且つガス化室２とチャー燃焼室３は流動床の界面より上方においては完全に仕切壁１５で仕切り、該仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態の強さとチャー燃焼室３側の流動化状態の強さとの相対的な関係を所定の関係に保つことによって、当該仕切壁１５の炉底近傍に設けた開口部２５を通じて、チャー燃焼室３側からガス化室２側へ流動媒体を移動させるように構成されている。また、ガス化室２側からチャー燃焼室３側へチャーを含んだ流動媒体を開口部２１を通じて移動させるように構成されている。

この実施の形態によれば、ガス化室２とチャー燃焼室３は流動床の界面より上方においては完全に仕切壁１５で仕切られているので、それぞれの室のガス圧力が変動しても圧力バランスが崩れて燃焼ガスｕ１と可燃ガスｂが混ざるという問題を生じない。このため、ガス化室２とチャー燃焼室３の間に特別な圧力バランス制御を必要としない。そして、該仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態とチャー燃焼室３側の流動化状態の強弱を所定の状態に保つことによって、当該仕切壁１５の炉底近傍に設けた開口部２５を通じて、チャー燃焼室３側からガス化室２側へ安定に流動媒体を大量に移動させることが出来る。このため、チャー燃焼室３側からガス化室２側への流動媒体の移動に機械的な高温粒子のハンドリング手段を必要としない。また、前記ガス化室２の流動化ガスとしては無酸素ガスを用いるが、このいわゆる無酸素ガスとしては水蒸気等の全く酸素を含まないガスを用いるようにしてもよい。

可燃ガスｂの流れが内部に形成されるガス化室２の内部には、粒子・ガス分離装置としての、あるいはサイクロン式分離装置としてのサイクロンセパレータ３１が配置されている。サイクロンセパレータ３１は、ガス化室２で生成した可燃ガスｂを導入する入り口部３２と、可燃ガスｂに同伴し、サイクロンセパレータ３１で分離された粒子ｃを導く粒子排出配管３３と、粒子排出配管３３の先端に位置し粒子ｃを排出する粒子排出口３４と、粒子ｃが分離された可燃ガスｂを排出するガス排出口３５とを備える。

図２に示すように、入り口部３２からサイクロンセパレータ３１に入った可燃ガスｂは旋回流を形成し、粒子ｃは遠心力によりサイクロンセパレータ３１の内壁３１Ａに向かい内壁３１Ａを伝って旋回しながら落下し、サイクロンセパレータ３１の図２（Ｂ）中下部に取り付けられた粒子排出配管３３から排出される。粒子ｃの分離された可燃ガスｂは、サイクロンセパレータ３１の図２（Ｂ）中上部に形成されたガス排出口３５から排出される。なお、後述のサイクロンセパレータ１３１、２３１、３３１、４３１、５３１も、サイクロンセパレータ３１と同じ構造である。

図１に戻って説明を続ける。サイクロンセパレータ３１のガス排出口３５は、ガス化室２のガス排出口３６に、配管３７により接続されている。粒子排出配管３３は、ガス化室２を出てチャー燃焼室３に入り込むように構成され、粒子排出口３４は、チャー燃焼室３の流動床界面の上方に位置するよう構成されている。分離された粒子ｃは、ガス化室２から粒子排出配管３３を介してチャー燃焼室３に直接導入される。

よって、ガス化室２のガス排出口３６からは、チャー等の粒子ｃが除去された可燃ガスｂが排出される。ガス化室２で生成された可燃ガスｂから、サイクロンセパレータ３１によって分離された粒子ｃは、チャー燃焼室３に送られ、チャー分等が燃焼される。

本実施の形態では、サイクロンセパレータ３１をガス化室２内に配置したので、サイクロンセパレータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパレータからの外気への放熱がなく、サイクロンセパレータへ可燃ガスｂを導く外部配管、サイクロンセパレータからチャー燃焼室３に分離した粒子ｃを導く外部配管が不要となるので、放熱損失を減少させることができる。また、温度低下を減少させることができるので、温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある場合においては、温度低下によるトラブル要因を排除できる。

図３に、他の実施の形態の統合型ガス化炉１０１を示す。図に示す統合型ガス化炉１０１は、図１に示す統合型ガス化炉１と、後述のサイクロンセパレータ１３１の配置に関するもの以外は同じ構成である。図に示すように、統合型ガス化炉１０１のガス化室１０２の内部に、サイクロンセパレータ１３１を配置し、さらに粒子排出配管１３３Ａをガス化室１０２の内部に配置し、粒子排出口１３４Ａを、ガス化室１０２とチャー燃焼室１０３の間を仕切る仕切壁１１１の開口部１２１の近傍に位置させるようにし、粒子排出口１３４から出た粒子ｃがチャーおよび流動媒体の流れにのってチャー燃焼室１０３に運ばれるようにしてもよい。粒子ｃは、ガス化室１０２からチャー燃焼室１０３に導入される。この場合、サイクロンセパレータ１３１によって分離された粒子ｃが、チャー燃焼室１０３に送られ、チャー分等が燃焼される。また、ガス化室１０２のガス排出口１３６からは、チャー等の粒子ｃが除去された可燃ガスｂが排出される。よって、図１の統合型ガス化炉１０１と同様の効果を得ることができる。

図３に一部破線にて示すように、ガス化室１０２の内部に、サイクロンセパレータ１３１を配置し、さらに粒子排出配管１３３Ｂをガス化室１０２の内部に配置し、粒子排出口１３４Ｂがガス化室１０２のガス化室流動床の界面の上方に位置するようにしてもよい。このようにすると粒子ｃのガス化室１０２の内部の滞留時間を長くすることができる。

本実施の形態では、サイクロンセパレータ１３１をガス化室１０２内に配置したので、サイクロンセパレータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパレータ１３１からの外気への放熱がなく、サイクロンセパレータへ可燃ガスｂを導く外部配管、サイクロンセパレータからガス化室１０２に分離した粒子ｃを導く外部配管が不要となるので、放熱損失を減少させることができる。また、温度低下を減少させることができるので、温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある場合においては、温度低下によるトラブル要因を排除できる。

図４に、他の実施の形態の統合型ガス化炉２０１を示す。図に示す統合型ガス化炉２０１は、図１に示す統合型ガス化炉１と、後述のサイクロンセパレータ２３１の配置に関するもの以外は同じ構成である。図に示すように、サイクロンセパレータ２３１を統合型ガス化炉２０１のチャー燃焼室２０３に設置してもよい。図中実線にて示すように、サイクロンセパレータ２３１の粒子排出配管２３３Ａをガス化室２０２まで延長し、粒子排出口２３４Ａがガス化室２０２のガス化室流動床内に位置するようにしてもよい。この場合、分離された粒子ｃは、チャー燃焼室２０３からガス化室２０２に直接導入される。

また、図中一部二点鎖線にて示すように、粒子排出配管２３３Ｂを、チャー燃焼室本体部と沈降チャー燃焼室２１５の間を仕切る仕切壁２１４の上方まで延長し、粒子排出口２３４Ｂが仕切壁２１４の上方に位置するようにし、粒子排出口２３４から排出された粒子ｃが仕切壁２１４を越えて沈降チャー燃焼室２０５に向かう流れにのってチャー燃焼室２０３から沈降チャー燃焼室２０５に流れ込み、さらにガス化室２０２に流れ込むようにしてもよい。このようにすると分離された粒子ｃをガス化室２０２に戻すので、粒子ｃのガス化室２０２での滞留時間を長くすることができる。また、図中一部破線にて示すように、粒子排出配管２３３Ｃの粒子排出口２３４Ｃがチャー燃焼流動床の界面の上方に位置するようにしてもよい。このようにすると分離された粒子ｃをチャー燃焼室２０３に戻すので、粒子ｃのチャー燃焼室２０３内の滞留時間を長くすることができる。

本実施の形態では、サイクロンセパレータ２３１をチャー燃焼室２０３内に配置したので、サイクロンセパレータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパレータ２３１からの外気への放熱がなく、サイクロンセパレータへ可燃ガスｂを導く外部配管、サイクロンセパレータからガス化室２０２に、またはチャー燃焼室２０３に、分離した粒子ｃを導く外部配管が不要となるので、放熱損失を減少させることができる。また、温度低下を減少させることができるので、温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある場合においては、温度低下によるトラブル要因を排除できる。ガス流速の速いチャー燃焼室２０３からガス流速の遅いガス化室２０２に粒子を移送することにより、粒子ｃの炉内滞留時間を増加することができる。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る統合型ガス化炉１を複合サイクル発電システムに利用した場合を示す。

本発明の統合型ガス化炉１が圧力容器５０の中に配され、加圧下で運転される。統合型ガス化炉１の外壁が圧力容器を兼ねた一体構造であっても良い。ガス化室２で発生した可燃ガスｂは、ガス化室２内のサイクロンセパレータ３１によって粒子ｃが分離された後、集塵装置５１によって灰分が分離された燃焼ガスｕ１と共に、助燃室としてのトッピングコンバスタ５３に導かれて燃焼し高温ガスｒとなる。集塵装置５１は、サイクロンセパレータ３１と同じ構造としてもよいし、集塵装置としての、セラミックフィルター、耐熱合金を用いた金属フィルター等を用いてもよい。高温ガスｒは、エネルギー回収装置としてのガスタービン部５５に供給される。ガスタービン部５５は、通常の燃焼ガスタービンの出力タービン部と同様の装置であり、パワーリカバリータービンとも呼ばれるものである。

チャー燃焼室３の上部には必要に応じて伝熱管４２を設置しても良い。原料ａ中に塩素が含まれている場合でも、塩素はガス化室２で発生する可燃ガスｂ側にほとんど含まれてしまうので、本実施形態におけるチャー燃焼ガスｕ１は殆ど塩素を含まない。したがって、伝熱管４２は蒸気過熱器として５００℃以上の蒸気過熱に用いることができる。熱回収室４内に配置された層内伝熱管４１は伝熱管４２よりもさらに腐食環境ではないので、蒸気過熱器としては伝熱管４２よりも高温にまで対応できる。

図に示す、加圧流動床炉による発電システムは、まず加圧ガス化室２で原料ａをガス化し、発生した未燃カーボン（いわゆるチャー）を加圧チャー燃焼室３で燃焼するが、このチャー燃焼室３から出た燃焼ガスｕ１を集塵装置５１で灰分を分離し、ガス化室２で生成された可燃ガスｂをガス化室２内のサイクロンセパレータ３１で粒子ｃを除去した後、トッピングコンバスタ５３で混合燃焼させて高温ガスｒを得て、ガスタービン部５５を駆動する。サイクロンセパレータ３１で除去された粒子ｃは、ガス化室２からチャー燃焼室３の流動床界面の上方に導かれ、チャー分が燃焼される。

この加圧流動床炉による発電システムにおいて重要なことは、如何にガスタービン部５５への流入ガスの温度をガスタービン側で決まる許容最高温度まで高められるかであるが、これを制約する条件として最も大きいものがガス化室２で生成した可燃ガスｂのクリーニングである。ここでクリーニングとは、例えば脱硫である。脱硫は例えばガスタービン部５５のタービン翼の保護のために必要である。

可燃ガスｂのクリーニングは還元雰囲気での脱硫反応の最適温度の関係上、通常４５０℃程度まで冷却する必要がある。これに対して、ガスタービン部５５の入り口ガス温度は高いほど反応効率が高まるので、できるだけ高温にすべきである。現状ではガスタービン構成材料の耐熱性、耐食性の制約から、１２００℃弱にまで高めるのが一般的である。即ち、ガスクリーニングの温度４５０℃からガスタービン部入り口温度の１２００℃まで、ガスの温度を上げられるだけの発熱量を有することが可燃ガスｂに要求される。

なお、図５には不図示であるが、ガス化室２とサイクロンセパレータとの間のガス経路には、可燃ガスクーラが設けられ、可燃ガスｂを例えば４５０℃程度まで冷却し、さらに典型的には脱硫装置も設けられてもよい。これはガスタービンの翼の保護のために行われる。なお、チャー燃焼室３からのガス経路にはガスクーラや脱硫装置は通常は不要である。それは、炉内には石灰石が投入されまた石灰石は流動媒体と共に循環しており、チャー燃焼室３はまた酸素の存在する酸化雰囲気にあるので、硫黄分はＣａＳＯ４として除去されるからである。

したがって、改良型の加圧流動床炉による発電システムにおいては、できるだけ少量で、且つ単位発熱量の高い可燃ガスｂを得る方向でシステムの開発が進められるべきである。何故ならば、４５０℃でクリーニングすべき可燃ガスｂ量が減れば、冷却による顕熱ロスが減り、且つ可燃ガスｂに求められる最低必要発熱量も低くて済む。更に可燃ガスｂの発熱量がガスタービン入り口の所要のガス温度に上昇させるのに必要な発熱量以上であれば、燃焼空気比を上げてガスタービン部５５に流入する可燃ガスｂ量を増加させることができるので、更なる発電効率の向上を期待できるからである。

図５のシステムでは、チャー燃焼室３からの燃焼ガスｕ１は集塵装置５１で集塵、脱塵された後、タービン部５５に導かれ動力が回収される。このとき、燃焼ガスｕ１は直接タービン部５５に導いてもよいが、この燃焼ガスｕ１の温度はあまり高くないので、動力回収の効率は必ずしも高くはない。そこで、ガス化室２で生成された可燃ガスｂを、ガス化室２内のサイクロンセパレータ３１で集塵、脱塵した後、トッピングコンバスタ５３に導き、ここで燃焼させる。この燃焼は、さきに述べたチャー燃焼室３からの燃焼ガスｕ１にとっては助燃ということになる。この燃焼熱により、チャー燃焼室３からの燃焼ガスｕ１は１２００℃（出力タービン部の耐熱温度によっては１５００℃も可能）程度の高温ガスｒとなる。この高温ガスｒを出力タービン部（動力回収装置）５５に供給する。このような装置においては、チャー燃焼室３とトッピングコンバスタ５３を合わせたものが、通常のガスタービンの燃焼器に相当する。

そして出力タービン部の回転軸に減速機を介して、あるいは直接連結された発電機５７を駆動し、電力を発生する。なお、図５の実施の形態では、出力タービン部５５の回転軸には圧縮機（典型的には軸流空気圧縮機）５６が直結されており、圧縮空気を発生する。この圧縮空気は、主としてチャー燃焼室３の燃焼空気としてチャー燃焼室３に供給される。また一部はトッピングコンバスタ５３に供給される。もっともトッピングコンバスタ５３では、通常は、チャー燃焼室３からの排ガス中に残る酸素で可燃ガスｂを燃焼させることができる。なお、この実施の形態では、圧力容器５０内は５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２ 程度に加圧される。圧力容器５０内は、出力タービン部５５の仕様に合わせて、例えば３０ｋｇ／ｃｍ^２ 程度にまで加圧してもよい。

図５の実施の形態では、出力ガスタービン部５５には、チャー燃焼室３からの排ガスｕ１とガス化室２からの可燃ガスｂとを導くため、これらを一度混合する予混合室としてもトッピングコンバスタ５３が必要であるが、出力ガスタービン部５５に、ガス化室２からの可燃ガスｂだけを導く場合には、ガスタービンに付属する不図示の燃焼器に直接可燃ガスｂを導入してもよい。ガス化室２からの可燃ガスｂだけを導くばあいは、熱量の高いガスを燃料としてガスタービンを運転することができる。

また、出力タービン部５５から排出された排気ガスｈは経路１２５を通って廃熱ボイラ５８に導かれ、その後排気ガス経路１２８を通って不図示の脱硫、脱硝装置等を介して、不図示の煙突から放出される。

一方、廃熱ボイラ５８では排気ガスｈの熱を回収して、水蒸気ｓを発生する。この水蒸気ｓは水蒸気配管１２７を通って、蒸気タービン１６２に供給され、蒸気タービン１６２の回転軸に減速機を介して、あるいは直接連結された発電機１６３を駆動し、電力を発生する。蒸気タービン１６２に供給される水蒸気ｓには、伝熱管４１、４２からの水蒸気ｓを含めてもよい。

図に示す複合サイクル発電システムは、本発明の第１の実施の形態に係る統合型ガス化炉１を利用しているので、サイクロンセパレータ３１からの放熱を防ぎ、その周囲配管からの放熱損失を大幅に低減することができ、高温ガスｒの温度低下を減少させることができる。よって、放熱損失による発電効率の減少を低減させることができる。

次に図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る反応装置としての２塔循環式ガス化炉３０１について説明する。２塔循環式ガス化炉３０１は２つの別体のガス化炉３０２とチャー燃焼炉３０３と、ガス化炉３０２で原料ａをガス化する際に発生したチャーの付着した流動媒体をチャー燃焼炉３０３に送るチャー搬送配管３０５と、付着したタールがチャー燃焼炉３０３で燃焼されて除去された流動媒体をガス化炉３０２に送る流動媒体搬送配管３０４を含んで構成される。

ガス化炉３０２とチャー燃焼炉３０３には、それぞれ散気坂３０６、３０７が設けられ、散気坂３０６、３０７から炉内上方へ流動化ガスが導入され、流動媒体の流動化が行われ、流動床が形成される。ガス化炉３０２には、流動化ガスとして蒸気ｓ、あるいは可燃ガスｂが供給され、チャー燃焼炉３０３には、流動化ガスとして空気ｋが供給される。

チャー搬送配管３０５のガス化炉３０２の取付部は、ガス化炉３０２の流動床の上部に、チャー搬送配管３０５のチャー燃焼炉３０３の取付部は、散気坂３０７のわずか上方に位置するようにする。流動媒体搬送配管３０４のチャー燃焼炉３０３の取付部は、チャー燃焼炉３０３の流動床の上部に、流動媒体搬送配管３０４のガス化炉３０２の取付部は、散気坂３０６のわずか上方に位置するようにする。

ガス化炉３０２には、原料ａが投入され、流動媒体の顕熱により原料ａがガス化され、可燃ガスｂが生成される。原料ａのガス化により発生したチャーおよび流動媒体がチャー搬送配管３０５を通ってガス化炉３０２からチャー燃焼炉３０３へ送られ、チャー燃焼炉３０３でチャーが燃焼して燃焼ガスｕ１が発生する。このとき、チャーの燃焼により発生する燃焼熱が流動媒体に顕熱として与えられる。

チャーが除去され顕熱が与えられた流動媒体は、流動媒体搬送配管３０４を通ってチャー燃焼炉３０３からガス化炉３０２へ送られ、原料ａのガス化が行われる。ガス化炉３０２のフリーボード部にはサイクロンセパレータ３３１が設置されている。サイクロンセパレータ３３１によりガス化炉３０２で発生した可燃ガスｂの除塵が行われ、除塵後の可燃ガスｂがガス化炉３０２から排出される。

図７の平面図に示すように、サイクロンセパレータ３３１（図６）の、分離した粒子ｃを排出する粒子排出配管３３３は、ガス化炉３０２を出てチャ−燃焼炉３０３に入るよう構成されている。粒子排出配管３３３は、図中、ガス化炉３０２の中心とチャー燃焼炉３０３の中心を結んだ線上を通るように配置されており、所定の勾配が設けられている。所定の勾配とは、粒子がガス化炉３０２からチャー燃焼炉３０３にスムーズに移動するよう徐々に下方に下がる勾配である。図に示す粒子排出配管３３３のルートは、所定の勾配を持ってガス化炉３０２からチャー燃焼炉３０３に向かう最短のルートである。

粒子排出配管３３３の先端にある粒子排出口３３４は、チャー燃焼炉３０３の流動床の界面の上方に位置している。よって、チャー燃焼炉３０３に送られた粒子中のチャー分が燃焼され、燃焼ガスｕ１が発生する。

よって本実施の形態の２塔循環式ガス化炉３０１は、ガス化炉３０２で生成された可燃ガスｂ中の粒子ｃを除去するサイクロンセパレータ３３１をガス化炉３０２内部のフリーボード部に備えるので、サイクロンセパレータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパレータからの外気への放熱がなく、サイクロンセパレータへ可燃ガスを導く外部配管からの放熱がない。さらに、除去された粒子ｃをチャー燃焼炉３０３に搬送して排出する粒子排出配管３３３を最短ルートを通り直線上に配置することができ、粒子排出配管３３３の、炉の外部を通る外部配管の長さを短くすることができ、外部配管の引き回しを最小限とすることができる。よって、分離された粒子ｃの取り扱い上のトラブルが起こりにくく、分離された粒子ｃの温度低下を最小限とすることができ、系全体の反応効率の低下を最小限とすることができる。

図８に他の実施の形態の２塔循環式ガス化炉４０１を示す。図に示す２塔循環式ガス化炉４０１は、図６に示す２塔循環式ガス化炉３０１と、後述のサイクロンセパレータ４３１の配置に関するもの以外は同じ構成である。図に示すように、サイクロンセパレータ４３１を２塔循環式ガス化炉４０１のガス化炉４０２内部のフリーボード部に設置し、粒子排出配管４３３Ａをガス化炉４０２内部に配置させ、粒子排出口４３４Ａをガス化炉４０２のチャー搬送配管４０５の入口４０５Ａの近傍に配置させて、粒子排出口４３４から排出された粒子ｃがチャー搬送配管４０５に入り込む流れに乗って、チャー燃焼炉４０３に送られるようにしてもよい。また、図中一部破線にて示すように、粒子排出口４３４Ｂが、ガス化炉４０２の流動床界面の上方に位置するようにし、粒子排出口４３４Ｂから排出された粒子ｃがガス化炉流動床内部を循環するようにしてもよい。

本実施の形態では、サイクロンセパレータ４３１をガス化炉４０２内に配置したので、サイクロンセパレータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパレータからの外気への放熱がなく、サイクロンセパレータへ可燃ガスｂを導く外部配管、サイクロンセパレータからガス化炉４０２に分離した粒子ｃを導く外部配管が不要となるので、放熱損失を減少させることができる。また、温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある場合においては、温度低下によるトラブル要因を排除できる。

図９に他の実施の形態の２塔循環式ガス化炉５０１を示す。図に示す２塔循環式ガス化炉５０１は、図６に示す２塔循環式ガス化炉３０１と、後述のサイクロンセパレータ５３１の配置に関するもの以外は同じ構成である。図に示すように、サイクロンセパレータ５３１をチャー燃焼炉５０３内部のフリーボード部に設置し、粒子排出配管５３３Ａをガス化炉５０３内部に配置させ、粒子排出口５３４Ａをガス化炉５０３の流動床界面の上方に位置させてもよい。また、図中一部破線で示すように、粒子排出配管５３３Ｂをチャー燃焼炉５０３内部に配置させ、粒子排出口５３４Ｂを流動媒体搬送配管５０４の入口５０４Ａの近傍に配置させて、粒子排出口５３４Ｂから排出された粒子ｃが流動媒体搬送配管５０４に入り込む流れに乗って、ガス化炉５０２に送られるようにしてもよい。また、図中二点鎖線にて示すように、粒子排出配管５３３Ｃと粒子排出口５３４Ｃとがチャー燃焼炉５０３の流動床界面の上方に位置するようにし、粒子排出口５３４Ｃから排出された粒子ｃがチャー燃焼炉流動床内部を循環するようにしてもよい。本実施の形態の２塔循環式ガス化炉５０１は、サイクロンセパレータ５３１からの放熱がなく、粒子ｃをチャー燃焼炉５０３に戻す場合は粒子排出配管５３３からの放熱がなく、また粒子ｃをガス化炉５０２に戻す場合は粒子排出配管５３３を直線状にすることができるので粒子排出配管５３３からの放熱を最小にすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る統合型ガス化炉の基本的な概念を示す構成 図である。 （Ａ）は、サイクロンセパレータの平面図、（Ｂ）は正面図である。 サイクロンセパレータの粒子排出配管の形態を変えた場合の統合型ガス化炉 の基本的な概念を示す構成図である。 サイクロンセパレータの設置位置を変えた場合の、統合型ガス化炉の基本的 な概念を示す構成図である。 図１の統合型ガス化炉を用いた複合サイクル発電システムの実施形態の説明 図である。 本発明の第２の実施の形態に係る２塔循環式ガス化炉の基本的な構成を示す 説明図である。 図６の２塔循環式ガス化炉の平面図である。 サイクロンセパレータの粒子排出配管の形態を変えた場合の、２塔循環式ガ ス化炉の基本的な構成を示す説明図である。 サイクロンセパレータの設置位置を変えた場合の、２塔循環式ガス化炉の基 本的な構成を示す説明図である。 従来の、サイクロンセパレータを外部に備えた流動層ガス化炉の説明図で ある。

符号の説明

１、３０１ 統合型ガス化炉
２、３０２ ガス化室
３、３０３ チャー燃焼室
４ 熱回収室
５ 沈降チャー燃焼室
１０ 統合型ガス化炉
１１、１２、１３、１４、１５ 仕切壁
１９ 天井
２１、２２、２５ 開口
３１、３３１ サイクロンセパレータ
３２ 入り口部
３３、３３３ 粒子排出配管
３４、３３４ 粒子排出口
３５ ガス排出口
３６ ガス排出口
５０ 圧力容器
５３ トッピングコンバスタ
５５ パワーリカバリータービン（出力タービン部）
５６ 空気圧縮機
１０４ 可燃ガス圧縮機
１０５ 燃焼器
１０６ 出力タービン部
１０７ 空気圧縮機
１０９ ガスタービン
１４１ パワーリカバリータービン（出力タービン部）
ａ 原料
ｂ 可燃ガス
ｃ 粒子
ｕ１、ｕ２ 燃焼ガス
ｋ 空気
ｓ 蒸気

Claims (4)

1. 内部で流動媒体を流動させ、第１の界面を有する流動床を形成する第１の室と；
   内部で流動媒体を流動させ、第２の界面を有する流動床を形成した、前記第１の室と一体に形成された第２の室と；
   前記第１の室の内部に設置され、前記第１の室で発生したガスと該ガス中の粒子とを分離する粒子・ガス分離装置と；
   前記粒子・ガス分離装置によって前記粒子の分離された前記ガスを、外部に供給するガス供給口とを備え；
   前記第１の界面を有する流動床と前記第２の界面を有する流動床が、弱流動化域と強流動化域をそれぞれ有し；
   前記第１の室と前記第２の室とは、それぞれ前記第１の界面および前記第２の界面より上方においてはガスの流通がないように第１の仕切壁により仕切られ；
   前記第１の仕切壁の下部には第１の開口部が設けられており、該第１の開口部を通じて、前記第１の仕切壁近傍の前記第１の室側の弱流動化域から前記第１の仕切壁近傍の前記第２の室側の強流動化域へ前記第１の室の流動媒体を移動させるように構成され；
   前記粒子・ガス分離装置は、前記分離された粒子を導く粒子排出配管を有し、前記粒子排出配管の排出口は、前記排出口から出た粒子が、前記第１の仕切壁近傍の前記第１の室の弱流動化域に排出されるよう、前記第１の開口部近傍に位置している；
   反応装置。
2. 前記粒子・ガス分離装置がサイクロン式分離装置である；
   請求項１に記載の反応装置。
3. 前記第１の室が、投入された原料を、前記第１の室の流動媒体により熱を与え、熱分解するガス化室であり；
   前記第１の室で発生したガスが可燃ガスであり；
   前記粒子が、前記可燃ガスに付随して発生するチャーを含み；
   前記第２の室が、前記チャーを燃焼し、前記第２の室の流動媒体を加熱するチャー燃焼室である；
   請求項１または請求項２に記載の反応装置。
4. 流動媒体を流動させ、第１の界面と該第１の界面の下方にある第１の濃厚層を有する流動床と、該流動床の上面より上方にフリーボード部とを形成する第１の工程と；
   流動媒体を流動させ、第２の界面と該第２の界面の下方にある第２の濃厚層を有する流動床を形成する第２の工程と；
   前記第１の工程で発生したガスと該ガス中の粒子とを前記フリーボード部で分離し、該ガスの温度の低下を起こさず分離する粒子・ガス分離工程と；
   前記粒子・ガス分離工程によって前記粒子の分離された前記ガスを、ガス利用装置に供給するガス供給工程とを備え；
   前記第１の濃厚層と前記第２の濃厚層は、弱流動化域と強流動化域をそれぞれ有し；
   前記第１の界面の上方と前記第２の界面の上方との間においてはガスの流通がないようにし、前記第１の濃厚層の弱流動化域から前記第２の濃厚層の強流動化域へ前記第１の工程の流動媒体を移動させる移動工程とをさらに備え；
   前記分離された粒子を、前記第１の濃厚層の弱流動化域に導き、前記第１の工程の流動媒体の前記移動工程の移動の流れに乗せて、前記第１の濃厚層から第２の濃厚層へ運ぶ運搬工程を備える；
   反応方法。

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