JP4438791B2 - Ammonia production method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、アンモニア製造方法及び装置に関し、特に石炭(褐炭等の低質炭を含む)、バイオマス、及び超重質油等の有機原料を用いて安価なプロセス設備により高効率でアンモニアを製造できるようにしたアンモニア製造方法及び装置に関する。   The present invention relates to an ammonia production method and apparatus, and in particular, ammonia can be produced with high efficiency by inexpensive process equipment using organic raw materials such as coal (including low quality coal such as lignite), biomass, and super heavy oil. The present invention relates to an ammonia production method and apparatus.

近年、アンモニアを製造するためのプラントは種々建設されており、典型的には、天然ガスの炭化水素原料を用いて、水素及び窒素を含有する合成ガスを製造し、水素と窒素を合成反応させてアンモニアを製造している。図4はその一例の概略を示すフローシートであり、天然ガス(主にメタンCH)の炭化水素原料aを水蒸気改質器bに供給して水蒸気の存在下主に次の反応式Iにより改質する。 In recent years, various plants for producing ammonia have been constructed. Typically, a natural gas hydrocarbon raw material is used to produce a synthesis gas containing hydrogen and nitrogen, and the hydrogen and nitrogen are synthesized and reacted. To produce ammonia. FIG. 4 is a flow sheet showing an outline of an example. A hydrocarbon raw material a of natural gas (mainly methane CH 4 ) is supplied to a steam reformer b, and mainly in the presence of steam, the following reaction formula I Reform.

CH+HO→CO+3H・・・(I)
シフト反応(副反応):(CO+HO←→CO+H)・・・(II)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (I)
Shift reaction (side reaction): (CO + H 2 O ← → CO 2 + H 2 ) (II)

次に、改質を行った改質ガスを自己熱改質器c(ATR=autothermal reformer)に供給して空気の存在下残りの炭化水素を主に次の反応式III及び反応式IVにより改質する。   Next, the reformed gas subjected to reforming is supplied to an autothermal reformer c (ATR = autothermal reformer), and the remaining hydrocarbons in the presence of air are reformed mainly by the following reaction formulas III and IV. Quality.

2CH+O→2CO+4H(発熱反応)・・・(III) 2CH 4 + O 2 → 2CO + 4H 2 (exothermic reaction) (III)

CH+HO→CO+3H(吸熱反応)・・・(IV)
シフト反応(副反応):(CO+HO←→CO+H)・・・(V)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (endothermic reaction) (IV)
Shift reaction (side reaction): (CO + H 2 O ← → CO 2 + H 2 ) (V)

続いて、改質ガスを温度が制御されたシフト反応器dに供給して前記式のシフト反応Vによる一酸化炭素を二酸化炭素に変える反応を行わせて生成した二酸化炭素を分離する。これにより改質ガスは殆どが水素と前記空気供給による窒素のみとなるので、この水素と窒素をアンモニア合成反応器eに供給することによりアンモニアが製造される。アンモニア合成反応器eでは一般に、窒素に対する水素の比(HN比)が約3になるように作動されている。このような天然ガス等の炭化水素供給原料を用いてアンモニアを製造するプラントは例えば特許文献1に示されている。   Subsequently, the reformed gas is supplied to the shift reactor d whose temperature is controlled, and the carbon dioxide produced by the reaction of changing the carbon monoxide by the shift reaction V of the above formula to carbon dioxide is separated. As a result, most of the reformed gas is only hydrogen and nitrogen by the air supply, and ammonia is produced by supplying the hydrogen and nitrogen to the ammonia synthesis reactor e. The ammonia synthesis reactor e is generally operated so that the ratio of hydrogen to nitrogen (HN ratio) is about 3. A plant for producing ammonia using such a hydrocarbon feedstock such as natural gas is disclosed in Patent Document 1, for example.

一方、原料に石炭又はコークスを用いて酸素及び水蒸気と反応させる酸素ガス化法(部分酸化法)によりガス化ガスを生成し、続いてガス化ガス中の炭化水素を改質器を用いて改質し、得られた改質ガスからアンモニアを製造する方法は特許文献2に示されている。   On the other hand, a gasified gas is produced by an oxygen gasification method (partial oxidation method) in which coal or coke is used as a raw material to react with oxygen and water vapor, and then hydrocarbons in the gasified gas are modified using a reformer. Patent Document 2 discloses a method for producing ammonia from the reformed gas thus obtained.

又、石炭等をガス化することによってガス化ガスを製造する方法としては、特許文献2に示される酸化ガス化法の他に、熱分解法、水蒸気ガス化法等が知られている。
特開平09−165215号公報 特開昭60−011587号公報
As a method for producing gasified gas by gasifying coal or the like, in addition to the oxidizing gasification method disclosed in Patent Document 2, a thermal decomposition method, a steam gasification method, and the like are known.
JP 09-165215 A Japanese Patent Laid-Open No. 60-011587

図4の方法及び特許文献1に示される方法のように、アンモニア製造用の炭化水素原料aとして天然ガスを用いた場合には、天然ガス枯渇の問題や天然ガスは原料として比較的高価であるという問題がある上に、自己熱改質器cの前段に水蒸気改質器bを設置して炭化水素を改質する必要があるために装置が複雑且つ高価になるという問題がある。   When natural gas is used as the hydrocarbon raw material a for ammonia production as in the method of FIG. 4 and the method shown in Patent Document 1, the problem of natural gas depletion and natural gas are relatively expensive as raw materials. In addition, there is a problem that the apparatus becomes complicated and expensive because it is necessary to install the steam reformer b in front of the autothermal reformer c to reform the hydrocarbon.

一方、石炭等をガス化することによりまずガス化ガスを生成し、このガス化ガスを改質してアンモニア製造用の改質ガスを得る方法において、前記熱分解法の場合には、原料のガス化率が低いという問題があり、ガス化ガス中の炭化水素(CH)の含有割合が高いために、前記図4の場合と同様に自己熱改質器cの前段に水蒸気改質器bを設ける必要があって装置が高価になるという問題がある。 On the other hand, in a method of first producing gasified gas by gasifying coal or the like and reforming the gasified gas to obtain a reformed gas for ammonia production, in the case of the thermal decomposition method, Since there is a problem that the gasification rate is low and the content ratio of hydrocarbon (CH 4 ) in the gasification gas is high, a steam reformer is placed in front of the autothermal reformer c as in the case of FIG. There is a problem that it is necessary to provide b and the apparatus becomes expensive.

本発明者らは、図5に示す実験装置を用いて熱分解ガス化と水蒸気ガス化で発生するガスの組成濃度を計測する実験を行なった。図5の実験装置は、反応容器fの内部に硅砂gを装入して外部から電気炉hで加熱し、下部から水蒸気i又は窒素ガスjを導入して流動化させた状態において、上部から石炭kを一度に所定量投入し(連続投入でない)、発生するガス化ガスl中の各種ガスの発生濃度(Vol%)を計測した。
実験は以下の条件で行なった。
石炭:褐炭(水分35%)1.8g
砂層温度:830℃
水蒸気ガス化の場合:水蒸気供給量3.0g/min
熱分解の場合:窒素ガス供給量6L/min
The present inventors conducted an experiment to measure the composition concentration of gas generated by pyrolysis gasification and steam gasification using the experimental apparatus shown in FIG. The experimental apparatus shown in FIG. 5 is charged from the upper part in a state in which the silica sand g is charged into the reaction vessel f and heated by the electric furnace h from the outside, and water vapor i or nitrogen gas j is introduced from the lower part and fluidized. A predetermined amount of coal k was charged at one time (not continuously charged), and the generated concentrations (Vol%) of various gases in the generated gasified gas l were measured.
The experiment was performed under the following conditions.
Coal: Brown coal (water 35%) 1.8g
Sand layer temperature: 830 ° C
In the case of steam gasification: steam supply rate 3.0 g / min
In the case of thermal decomposition: nitrogen gas supply amount 6 L / min

Figure 0004438791
Figure 0004438791

[表1]に示すように、熱分解ガス化では水素の生成量が33.28%と少なく、炭化水素の合計量は17.5%と多いのに対し、水蒸気ガス化では水素の生成量が60.37%と多く、炭化水素の合計量は3.44%と少ないことが分かる。   As shown in [Table 1], the amount of hydrogen produced in pyrolysis gasification is as small as 33.28% and the total amount of hydrocarbons is as large as 17.5%, whereas the amount of hydrogen produced in steam gasification is large. Is as high as 60.37%, and the total amount of hydrocarbons is as small as 3.44%.

このように、水蒸気ガス化法では原料のガス化率が高められてガス化ガス中の炭化水素濃度が低くなり、又、特許文献2に示す酸素ガス化法では、更に原料のガス化率が高められてガス化ガス中の炭化水素濃度が低減されるため、ガス化ガス中の炭化水素を図4の自己熱改質器cのみで改質することが可能となり、よって、自己熱改質器cの前段に備えられている水蒸気改質器bの設置を省略することができ、更に、アンモニア製造の生産性が高められるので、水蒸気ガス化法或いは酸素ガス化法を用いることは好ましいと言える。   As described above, in the steam gasification method, the gasification rate of the raw material is increased, and the hydrocarbon concentration in the gasification gas is lowered. In the oxygen gasification method shown in Patent Document 2, the gasification rate of the raw material is further increased. Since the hydrocarbon concentration in the gasification gas is reduced and the hydrocarbon concentration in the gasification gas is reduced, it is possible to reform the hydrocarbon in the gasification gas only by the self-thermal reformer c in FIG. It is preferable to use the steam gasification method or the oxygen gasification method because the installation of the steam reformer b provided in the front stage of the vessel c can be omitted and the productivity of ammonia production can be improved. I can say that.

しかし、特許文献2に示されるような酸素ガス化法の場合には、ガス化器に供給する酸素を製造するための空気分離機が必要であるが、酸素ガス化には大量の酸素が必要であるために非常に大型の空気分離器を設置する必要があり、大型の空気分離器の設置費用、大型の空気分離機の運転費用が増大し、よってアンモニア製造コストが増加するという問題がある。   However, in the case of the oxygen gasification method shown in Patent Document 2, an air separator for producing oxygen to be supplied to the gasifier is required, but a large amount of oxygen is required for oxygen gasification. Therefore, it is necessary to install a very large air separator, which increases the installation cost of the large air separator and the operating cost of the large air separator, thereby increasing the production cost of ammonia. .

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、石炭、バイオマス、及び超重質油等の有機原料を用いて安価なプロセス設備により高効率でアンモニアを製造できるようにしたアンモニア製造方法及び装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an ammonia production method and apparatus capable of producing ammonia with high efficiency by inexpensive process equipment using organic raw materials such as coal, biomass, and super heavy oil. It is something to be offered.

請求項1の発明は、石炭、バイオマス、超重質油と水蒸気を水蒸気ガス化炉に供給して水蒸気ガス化によりガス化ガスを生成し、生成したガス化ガスに水蒸気と空気を混合して自己熱改質器によりガス化ガス中の炭化水素を改質し、自己熱改質器からの改質ガス中の炭素成分を除去して得られた水素と窒素をアンモニア合成反応器に供給してアンモニアを製造するアンモニア製造方法において、
前記水蒸気ガス化炉で生成されるガス化ガスの炭化水素濃度検出値が、自己熱改質器によって改質可能な炭化水素濃度の設定値に一致するように水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気の供給量を制御することを特徴とするアンモニア製造方法である。
According to the first aspect of the present invention, coal, biomass, superheavy oil and steam are supplied to a steam gasification furnace to generate gasification gas by steam gasification, and the generated gasification gas is mixed with steam and air. Hydrogen and nitrogen obtained by reforming hydrocarbons in the gasification gas with a thermal reformer and removing carbon components in the reformed gas from the autothermal reformer are supplied to the ammonia synthesis reactor. In the ammonia production method for producing ammonia,
The detected value of the hydrocarbon concentration of the gasification gas generated in the steam gasification furnace matches the set value of the hydrocarbon concentration that can be reformed by the autothermal reformer. It is an ammonia manufacturing method characterized by controlling supply_amount | feed_rate.

請求項の発明は、前記ガス化ガス中の炭化水素の濃度を、水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気の供給量と、水蒸気ガス化炉のガス化温度とにより制御することを特徴とする請求項に記載のアンモニア製造方法である。 The invention of claim 2 is characterized in that the concentration of hydrocarbons in the gasification gas is controlled by the amount of steam supplied to the steam gasification furnace and the gasification temperature of the steam gasification furnace. Item 2. The method for producing ammonia according to Item 1 .

請求項の発明は、前記自己熱改質器の上流に供給する空気の供給量は、アンモニア合成反応器に導入される改質ガス中の水素に対して窒素が3:1の割合になる窒素を含有する空気供給量であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンモニア製造方法である。 In the invention of claim 3 , the supply amount of air supplied upstream of the autothermal reformer is such that nitrogen is in a ratio of 3: 1 to hydrogen in the reformed gas introduced into the ammonia synthesis reactor. The method for producing ammonia according to claim 1 or 2 , wherein the air supply amount contains nitrogen.

請求項の発明は、前記空気を予め空気分離機により酸素もしくは酸素富化空気と窒素に分離し、酸素もしくは酸素富化空気は自己熱改質器の上流に供給して水素の生成に供し、窒素はアンモニア合成反応器の上流に供給してアンモニアの合成に供することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the air is previously separated into oxygen or oxygen-enriched air and nitrogen by an air separator, and the oxygen or oxygen-enriched air is supplied upstream of the autothermal reformer to be used for generating hydrogen. The nitrogen production method according to any one of claims 1 to 3 , wherein nitrogen is supplied upstream of an ammonia synthesis reactor to be used for ammonia synthesis.

請求項の発明は、前記自己熱改質器によって処理可能なガス化ガス中の炭化水素濃度は15%以下であり好ましくは10%以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法である。 A fifth aspect of the present invention, any claim 1-4, characterized in that the hydrocarbon concentration of the autothermal reformer with processable gasification gas is preferably 15% or less is 10% or less It is the ammonia manufacturing method as described in any one.

請求項の発明は、前記自己熱改質器上流に供給する水蒸気のガス化ガス1重量%に対する供給量は0.35〜0.40重量%であり、空気の供給量は0.60〜0.70重量%であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, the supply amount of steam supplied to the upstream of the autothermal reformer with respect to 1% by weight of gasification gas is 0.35 to 0.40% by weight, and the supply amount of air is 0.60 to 0.60. It is 0.70 weight%, It is an ammonia manufacturing method as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.

請求項の発明は、石炭、バイオマス、超重質油を水蒸気ガス化してガス化ガスを生成する水蒸気ガス化炉と、ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、ガス化ガスに空気を供給する空気供給手段と、水蒸気と空気の存在下でガス化ガス中の炭化水素を改質して水素を生成する自己熱改質器と、改質ガス中の炭素成分を除去する炭素除去手段と、炭素除去手段から導出された水素と窒素を用いてアンモニアを製造するアンモニア合成反応器とを備えたアンモニア製造装置において、
前記水蒸気ガス化炉出口のガス化ガス中の炭化水素濃度を検出する炭化水素濃度検出器と、該炭化水素濃度検出器の炭化水素濃度検出値が自己熱改質器で改質可能な炭化水素濃度に一致するように水蒸気供給手段を調節して水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気量を制御する制御器と
を備えたことを特徴とするアンモニア製造装置である。
The invention of claim 7 includes a steam gasification furnace for generating gasification gas by steaming coal, biomass, and super heavy oil , a steam supply means for supplying steam to the gasification gas, and air for the gasification gas. Supplying air supply means, self-heat reformer for reforming hydrocarbons in gasification gas in the presence of water vapor and air to generate hydrogen, and carbon removal means for removing carbon components in the reformed gas And an ammonia production apparatus comprising an ammonia synthesis reactor that produces ammonia using hydrogen and nitrogen derived from the carbon removal means ,
A hydrocarbon concentration detector for detecting the hydrocarbon concentration in the gasification gas at the outlet of the steam gasification furnace, and a hydrocarbon whose hydrocarbon concentration detection value of the hydrocarbon concentration detector can be reformed by an autothermal reformer A controller for controlling the amount of steam supplied to the steam gasifier by adjusting the steam supply means to match the concentration;
An ammonia production device characterized by comprising a.

請求項の発明は、前記水蒸気ガス化炉は、2塔式ガス化炉であることを特徴とする請求項に記載のアンモニア製造装置である。 The invention according to claim 8 is the ammonia production apparatus according to claim 7 , wherein the steam gasifier is a two-column gasifier.

請求項の発明は、前記制御器が、水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気量を制御すると共に、水蒸気ガス化炉のガス化温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項7又は8に記載のアンモニア製造装置。製造装置である。 The invention of claim 9, wherein the controller is to control the amount of steam supplied to the steam gasification furnace, according to claim 7 or 8, characterized in that so as to control the gasification temperature of the steam gasifier The ammonia production apparatus as described in 2. It is a manufacturing device.

請求項10の発明は、前記空気を酸素もしくは酸素富化空気と窒素に分離する空気分離装置を備え、空気分離装置で分離した酸素もしくは酸素富化空気を自己熱改質器の上流に供給し、空気分離装置で分離した窒素をアンモニア合成反応器の上流に供給するようにしたことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置である。 The invention of claim 10 includes an air separation device for separating the air into oxygen or oxygen-enriched air and nitrogen, and supplies the oxygen or oxygen-enriched air separated by the air separation device upstream of the autothermal reformer. The ammonia production apparatus according to any one of claims 7 to 9 , wherein nitrogen separated by the air separation device is supplied upstream of the ammonia synthesis reactor.

請求項11の発明は、前記自己熱改質器出口の改質ガスを自己熱改質器入口のガス化ガスと熱交換して自己熱改質器入口のガス化ガス温度を高める熱交換器を備えたことを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置である。 The invention according to claim 11 is a heat exchanger in which the reformed gas at the outlet of the autothermal reformer is heat exchanged with the gasification gas at the inlet of the autothermal reformer to increase the gasification gas temperature at the inlet of the autothermal reformer. The ammonia production apparatus according to any one of claims 7 to 10 , wherein the ammonia production apparatus is provided.

請求項12の発明は、前記水蒸気ガス化炉出口に、タール除去器と、二酸化炭素除去器と、圧縮機を順次備えたことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置である。 The invention of claim 12, the steam gasification furnace outlet, a tar remover, and carbon dioxide remover, according to any one of claims 7 to 11 comprising the compressor sequentially It is an ammonia production apparatus.

本発明の請求項1〜12に記載のアンモニア製造方法及び装置によれば、石炭、バイオマス、及び超重質油等のような比較的安価な有機原料を用いて水蒸気ガス化することにより高いガス化率でガス化ガスを生成することができ、且つ、ガス化ガス中の炭化水素の濃度を低く抑えることにより、自己熱改質器の前段に設置する水蒸気改質器を省略することができ、且つ酸素ガス化法のような大型の空気分離器を設けることが省略できるため、装置設備が安価になり、しかも水蒸気ガス化による高いガス化率によってアンモニアの生産性を高められるという優れた効果を奏し得る。 According to the ammonia production method and apparatus according to claims 1 to 12 of the present invention, high gasification is achieved by steam gasification using relatively inexpensive organic raw materials such as coal, biomass, and super heavy oil. The steam reformer installed in the front stage of the self-heat reformer can be omitted by suppressing the hydrocarbon concentration in the gasification gas to a low level. In addition, since it is possible to omit the provision of a large air separator such as the oxygen gasification method, the equipment can be made inexpensive, and the high productivity of ammonia can be enhanced by the high gasification rate by steam gasification. Can play.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明を実施する形態の一例の概略を示すフローシートであり、図中1は褐炭等の低級炭を含む石炭、バイオマス、及び超重質油等の有機原料Mと共に水蒸気が供給されて水蒸気ガス化を行うようにした水蒸気ガス化炉である。   FIG. 1 is a flow sheet showing an outline of an example of an embodiment for carrying out the present invention. In the figure, steam is supplied together with an organic raw material M such as coal, biomass, and super heavy oil including low-grade coal such as lignite. The steam gasification furnace is configured to perform steam gasification.

水蒸気ガス化炉1としては、図2に示すような2塔式ガス化炉100を用いることができる。図2に示す2塔式ガス化炉100は、流動層ガス化炉102で有機原料Mのガス化により生成したチャーと流動媒体を下部から導入するようにした流動層燃焼炉101を備えており、流動層燃焼炉101は、下部の風箱103に空気管104によって供給される空気によりチャーと流動媒体を高速で流動化させつつ上昇する間にチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する。105は流動層燃焼炉101の流動層に補助燃料を供給する補助燃料管、106は流動層燃焼炉101内上部に設けた熱回収用の熱交換器である。   As the steam gasifier 1, a two-column gasifier 100 as shown in FIG. 2 can be used. A two-column gasification furnace 100 shown in FIG. 2 includes a fluidized bed combustion furnace 101 in which char and a fluid medium generated by gasification of the organic raw material M in the fluidized bed gasification furnace 102 are introduced from below. The fluidized bed combustion furnace 101 heats the fluidized medium by burning the char while the char and the fluidized medium are fluidized at a high speed by the air supplied to the lower wind box 103 by the air pipe 104 while moving upward. Reference numeral 105 denotes an auxiliary fuel pipe for supplying auxiliary fuel to the fluidized bed of the fluidized bed combustion furnace 101, and reference numeral 106 denotes a heat exchanger for heat recovery provided in the upper part of the fluidized bed combustion furnace 101.

流動層燃焼炉101の上部は移送管107を介してサイクロンからなる分離器108に接続されており、該分離器108は外筒109と内筒110からなり、移送管107から外筒109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は遠心分離され、排ガス及び粒径の細かい灰分は内筒110から排出され、粒径の粗い未燃チャーと流動媒体111は、分離器108に接続した降下管112により下部の流動層ガス化炉102に供給されるようになっている。   The upper part of the fluidized bed combustion furnace 101 is connected to a separator 108 made of a cyclone through a transfer pipe 107, and the separator 108 includes an outer cylinder 109 and an inner cylinder 110, and the transfer pipe 107 enters the outer cylinder 109. The exhaust gas containing the unburned char and the fluidized medium introduced in the tangential direction is centrifuged, the exhaust gas and the fine ash content are discharged from the inner cylinder 110, and the unburned char and the fluidized medium 111 having a coarse particle size are separated from the separator. The lower fluidized bed gasifier 102 is supplied to a lower fluidized bed gasifier 102 by a downcomer 112 connected to 108.

流動層ガス化炉102は、分離器108で分離された流動媒体111を導入する導入部113と、原料供給ライン114から供給された有機原料Mを流動媒体111の熱でガス化するガス化部115と、導入部113とガス化部115とを流動層116内で連通して導入部113からガス化部115へ流動媒体111を移送させる連通部117と、導入部113、連通部117及びガス化部115の下部に渡って形成された水蒸気を投入するボックス部118とからなり、そのボックス部118に水蒸気供給手段119が接続されている。尚、図2において導入部113とガス化部115を連通部117で分けているのは、ガス化部115内で有機原料Mがガス化されることによる圧力の上昇によって、流動層ガス化炉102内の流動媒体111が分離器108に逆流するのを防止するためのものである。   The fluidized bed gasification furnace 102 includes an introduction unit 113 for introducing the fluidized medium 111 separated by the separator 108 and a gasification unit for gasifying the organic raw material M supplied from the raw material supply line 114 with the heat of the fluidized medium 111. 115, the introduction part 113 and the gasification part 115 are communicated in the fluidized bed 116 to transfer the fluid medium 111 from the introduction part 113 to the gasification part 115, the introduction part 113, the communication part 117 and the gas. The box portion 118 into which water vapor is formed over the lower portion of the gasification portion 115 is inserted, and the water vapor supply means 119 is connected to the box portion 118. In FIG. 2, the introduction part 113 and the gasification part 115 are separated by the communication part 117 because the increase in pressure caused by the gasification of the organic raw material M in the gasification part 115 causes a fluidized bed gasification furnace. This is to prevent the fluid medium 111 in 102 from flowing back to the separator 108.

ガス化部115で生成されるガス化ガス120は、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水素(H)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)等の炭化水素及び水蒸気等が混在したガスであり、生成したガス化ガス120は、排出管121より回収器122に導かれてガス化ガス120中に同伴した微粉末123が除去された後、内管124から導出される。また、ガス化部115でガス化されなかったチャーと流動媒体の一部は、オーバーフロー管125から流動層燃焼炉101に循環され、再度燃焼と流動化とが行われるようになっている。 The gasification gas 120 generated in the gasification unit 115 includes hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), free of an inert gas such as air or nitrogen for fluidization, The gasified gas 120 is a gas in which hydrocarbons such as methane (CH 4 ) and water vapor are mixed, and the generated gasified gas 120 is led from the discharge pipe 121 to the recovery unit 122 and is accompanied by the fine powder 123 entrained in the gasified gas 120. After being removed, it is led out from the inner tube 124. In addition, a part of the char and the fluidized medium that has not been gasified in the gasification unit 115 is circulated from the overflow pipe 125 to the fluidized bed combustion furnace 101 so that combustion and fluidization are performed again.

前記水蒸気ガス化炉1で生成したガス化ガス120は、図1に示すタール除去器2に導かれて水噴射等によりタールが除去された後、二酸化炭素除去器3に導かれて吸収法等により二酸化炭素(CO)が除去され、続いて圧縮機4により圧縮される。この時、ガス化ガス120中の二酸化炭素が二酸化炭素除去器3で除去されてガス化ガス120が減容されることにより圧縮機4による圧縮動力が低減される。 The gasification gas 120 generated in the steam gasification furnace 1 is led to the tar remover 2 shown in FIG. 1 and the tar is removed by water injection or the like, and then led to the carbon dioxide remover 3 to be absorbed. Thus, carbon dioxide (CO 2 ) is removed, and then compressed by the compressor 4. At this time, carbon dioxide in the gasified gas 120 is removed by the carbon dioxide remover 3 and the volume of the gasified gas 120 is reduced, whereby the compression power by the compressor 4 is reduced.

圧縮機4で圧縮されたガス化ガスは硫黄除去器5により硫黄が除去された後、熱交換器6を経て外熱式バーナー7により例えば750℃前後まで加熱されて自己熱改質器8(ATR=autothermal reformer)に供給される。   The gasified gas compressed by the compressor 4 is removed from the sulfur by the sulfur remover 5 and then heated to, for example, around 750 ° C. by the external heat type burner 7 through the heat exchanger 6 and the self-heat reformer 8 ( ATR = autothermal reformer).

自己熱改質器8の上流側における、例えば硫黄除去器5出口にはガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給手段9が設けてあり、又、外熱式バーナー7出口にはガス化ガスに空気を供給する空気供給手段10が設けてあり、自己熱改質器8は水蒸気と空気の存在下でガス化ガス中の炭化水素から水素を生成する前記反応式III(発熱反応)及び反応式VI(吸熱反応)の反応を行い、これによって水素と窒素が主体で一部一酸化炭素及び二酸化炭素を含有した改質ガス11を生成するようになっている。   On the upstream side of the autothermal reformer 8, for example, at the outlet of the sulfur remover 5, there is provided a steam supply means 9 for supplying steam to the gasification gas, and at the outlet of the external heating burner 7, the gasification gas is supplied. An air supply means 10 for supplying air is provided, and the autothermal reformer 8 generates hydrogen from hydrocarbons in the gasification gas in the presence of water vapor and air. A VI (endothermic reaction) reaction is performed, whereby a reformed gas 11 mainly composed of hydrogen and nitrogen and partially containing carbon monoxide and carbon dioxide is generated.

自己熱改質器8出口の改質ガス11の温度は例えば1000℃前後に高められており、この高温の改質ガス11は前記熱交換器6によって前記水蒸気が供給されたガス化ガスを加熱した後、炭素成分除去手段14に供給される。炭素成分除去手段14は、高温シフト部12aと冷却器12bにて冷却した後の低温シフト部12cとからなる高温・低温シフト反応器12を有して前記改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換するようになっており、更に、高温・低温シフト反応器12の後段に設けた二酸化炭素除去器13によって吸収法等により前記生成した二酸化炭素(CO)が除去されるようになっている。 The temperature of the reformed gas 11 at the outlet of the self-heat reformer 8 is increased to, for example, about 1000 ° C., and the high-temperature reformed gas 11 heats the gasified gas supplied with the water vapor by the heat exchanger 6. After that, it is supplied to the carbon component removing means 14. The carbon component removing means 14 has a high temperature / low temperature shift reactor 12 composed of a high temperature shift section 12a and a low temperature shift section 12c after being cooled by the cooler 12b, and converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide. The carbon dioxide is converted into carbon, and further, the generated carbon dioxide (CO 2 ) is removed by an absorption method or the like by a carbon dioxide remover 13 provided at the subsequent stage of the high temperature / low temperature shift reactor 12. ing.

炭素成分除去手段14を出た改質ガス中にはまだ微量の一酸化炭素(CO)が含まれているため、改質ガスはメタン生成反応器15に供給されて一酸化炭素からメタンが生成される。メタン生成反応器15から出た改質ガスは殆どが水素と窒素になっているので、アンモニア合成反応器16に供給されてアンモニア(NH)が製造される。メタン生成反応器15において生成するメタンは非常に微量でありアンモニアの製造に悪影響を生じることは無いが、必要な場合には改質ガスから除去するようにしてもよい。 Since the reformed gas exiting the carbon component removing means 14 still contains a small amount of carbon monoxide (CO), the reformed gas is supplied to the methane generation reactor 15 to generate methane from the carbon monoxide. Is done. Most of the reformed gas from the methane production reactor 15 is hydrogen and nitrogen, and is supplied to the ammonia synthesis reactor 16 to produce ammonia (NH 3 ). The amount of methane produced in the methane production reactor 15 is very small and does not adversely affect the production of ammonia, but may be removed from the reformed gas if necessary.

前記水蒸気ガス化炉1出口にはガス化ガス120中の炭化水素濃度を検出する炭化水素濃度検出器17を設けており、該炭化水素濃度検出器17の炭化水素濃度検出値18が制御器19に入力され、制御器19は前記水蒸気供給手段119に備えた水蒸気供給弁20を調節して水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気供給量を制御するようになっている。前記制御器19には、前記自己熱改質器8によって改質可能な炭化水素濃度を求める試験を実施して得た炭化水素濃度21が予め入力されており、従って、制御器19は、前記炭化水素濃度検出器17からの炭化水素濃度検出値18が設定された炭化水素濃度21と一致するように、即ち自己熱改質器8で改質可能な炭化水素濃度21が維持されるように、水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気供給量を制御するようにしている。   A hydrocarbon concentration detector 17 for detecting the hydrocarbon concentration in the gasification gas 120 is provided at the outlet of the steam gasification furnace 1, and the detected hydrocarbon concentration value 18 of the hydrocarbon concentration detector 17 is a controller 19. The controller 19 controls the steam supply amount supplied to the steam gasifier 1 by adjusting the steam supply valve 20 provided in the steam supply means 119. The controller 19 is preliminarily input with a hydrocarbon concentration 21 obtained by performing a test for obtaining a hydrocarbon concentration that can be reformed by the autothermal reformer 8. The hydrocarbon concentration detection value 18 from the hydrocarbon concentration detector 17 matches the set hydrocarbon concentration 21, that is, the hydrocarbon concentration 21 that can be reformed by the autothermal reformer 8 is maintained. The steam supply amount supplied to the steam gasification furnace 1 is controlled.

尚、前記制御器19は、水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気供給量を制御すると共に、水蒸気ガス化炉1のガス化温度を調節するようにしてもよい。ガス化温度を調節する方法としては、図2の流動層燃焼炉101から流動層ガス化炉102に循環する流動媒体の循環量を制御する方法、又は補助燃料管105によって流動層燃焼炉101に供給する補助燃料量を調節する方法等を用いることができる。   The controller 19 may control the amount of steam supplied to the steam gasifier 1 and adjust the gasification temperature of the steam gasifier 1. As a method for adjusting the gasification temperature, the method for controlling the circulation amount of the fluidized medium circulating from the fluidized bed combustion furnace 101 to the fluidized bed gasification furnace 102 in FIG. A method of adjusting the amount of auxiliary fuel to be supplied can be used.

次に、上記図示例の作動を説明する。   Next, the operation of the illustrated example will be described.

図1、図2に示す如く、水蒸気ガス化炉1には石炭(褐炭等の低級炭を含む)、バイオマス等の有機原料Mを供給すると共に、水蒸気供給手段119により水蒸気を供給する。水蒸気ガス化炉1は有機原料Mを水蒸気ガス化してガス化ガス120を生成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the steam gasifier 1 is supplied with an organic raw material M such as coal (including lower coal such as lignite) and biomass, and is also supplied with steam by a steam supply means 119. The steam gasification furnace 1 generates the gasified gas 120 by steaming the organic raw material M.

ガス化ガス120は、タール除去器2に導かれてタールが除去された後、二酸化炭素除去器3に導かれて二酸化炭素が除去され、続いて圧縮機4により圧縮される。この時、ガス化ガス120中の二酸化炭素が二酸化炭素除去器3で除去されてガス化ガス120が減容されることにより圧縮機4による圧縮動力が低減される。   The gasified gas 120 is led to the tar remover 2 to remove tar, and then led to the carbon dioxide remover 3 to remove the carbon dioxide, and then compressed by the compressor 4. At this time, carbon dioxide in the gasified gas 120 is removed by the carbon dioxide remover 3 and the volume of the gasified gas 120 is reduced, whereby the compression power by the compressor 4 is reduced.

圧縮機4で圧縮されたガス化ガスは硫黄除去器5により硫黄が除去された後、熱交換器6を経て外熱式バーナー7により加熱され、自己熱改質器8(ATR)に供給される。   The gasified gas compressed by the compressor 4 is heated by an external heat burner 7 through a heat exchanger 6 after sulfur is removed by a sulfur remover 5 and supplied to an autothermal reformer 8 (ATR). The

この時、自己熱改質器8の上流側における、硫黄除去器5出口のガス化ガスには水蒸気供給手段9により水蒸気が供給され、又、外熱式バーナー7出口のガス化ガスには空気供給手段10により空気が供給されているので、自己熱改質器8では水蒸気と空気の存在下でガス化ガス中の炭化水素から水素を生成する前記反応式反応式II及び反応式IIIの反応が行われる。これにより水素と窒素が主体で一部一酸化炭素及び二酸化炭素を含有した改質ガス11が生成される。   At this time, steam is supplied to the gasification gas at the outlet of the sulfur remover 5 upstream of the self-heat reformer 8 by the steam supply means 9, and air is supplied to the gasification gas at the outlet of the external heating burner 7. Since the air is supplied by the supply means 10, the autothermal reformer 8 generates hydrogen from hydrocarbons in the gasification gas in the presence of water vapor and air. Is done. Thereby, the reformed gas 11 mainly containing hydrogen and nitrogen and partially containing carbon monoxide and carbon dioxide is generated.

改質ガス11は、前記熱交換器6を経て高温・低温シフト反応器12に供給される。この時、自己熱改質器8出口の高温の改質ガス11(例えば1000℃)によって自己熱改質器8に供給されるガス化ガス120を加熱するようにしているので、自己熱改質器8に供給されるガス化ガス120の要求温度(例えば750℃)に加熱するための外熱式バーナー7の消費燃料を削減することができる。   The reformed gas 11 is supplied to the high temperature / low temperature shift reactor 12 through the heat exchanger 6. At this time, since the gasification gas 120 supplied to the self-heat reformer 8 is heated by the high-temperature reformed gas 11 (for example, 1000 ° C.) at the outlet of the self-heat reformer 8, the self-heat reforming is performed. The fuel consumption of the external heating burner 7 for heating to the required temperature (for example, 750 ° C.) of the gasification gas 120 supplied to the vessel 8 can be reduced.

熱交換器6により冷却された改質ガス11は、例えば350℃前後に温度調節されて高温・低温シフト反応器12の高温シフト部12aに供給され、続いて、冷却器12bで例えば200℃前後に冷却されて低温シフト部12cに供給される。この時、高温シフト部12aでは前記シフト反応Vの左項の反応が行なわれ、低温シフト部12cでは右項の反応が行なわれることにより改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。続いて、改質ガスは炭素成分除去手段14に導かれて吸収法等により二酸化炭素が除去される。炭素成分除去手段14を経た改質ガス中には微量の一酸化炭素が残っているため、改質ガスはメタン生成反応器15に供給されて一酸化炭素からメタンが生成される。メタン生成反応器15から取り出された改質ガスは殆どが水素と窒素となっているので、アンモニア合成反応器16に供給されてアンモニア(NH)が製造される。 The reformed gas 11 cooled by the heat exchanger 6 is temperature-adjusted to, for example, about 350 ° C. and supplied to the high-temperature shift unit 12a of the high-temperature / low-temperature shift reactor 12, and then, for example, about 200 ° C. in the cooler 12b. And is supplied to the low temperature shift unit 12c. At this time, the reaction of the left term of the shift reaction V is performed in the high temperature shift unit 12a, and the carbon monoxide in the reformed gas is converted to carbon dioxide by the reaction of the right term in the low temperature shift unit 12c. . Subsequently, the reformed gas is guided to the carbon component removing means 14 and carbon dioxide is removed by an absorption method or the like. Since a small amount of carbon monoxide remains in the reformed gas that has passed through the carbon component removing means 14, the reformed gas is supplied to the methane generation reactor 15 to generate methane from the carbon monoxide. Since the reformed gas taken out from the methane production reactor 15 is mostly hydrogen and nitrogen, it is supplied to the ammonia synthesis reactor 16 to produce ammonia (NH 3 ).

前記したように、自己熱改質器8では水蒸気と空気の存在下でガス化ガス中の炭化水素から水素を生成する改質を行なっているが、処理できるガス化ガス120中に含有される炭化水素の濃度には限度がある。従って、自己熱改質器8が処理できる炭化水素の濃度範囲になるように、水蒸気ガス化炉1で生成されるガス化ガス120の成分を調節することができれは、図4に示したような自己熱改質器cの前段に水蒸気改質器bを設置することが省略できる。   As described above, the autothermal reformer 8 performs reforming to generate hydrogen from hydrocarbons in the gasification gas in the presence of water vapor and air, but is contained in the gasification gas 120 that can be processed. There is a limit to the concentration of hydrocarbons. Therefore, the components of the gasification gas 120 produced in the steam gasification furnace 1 can be adjusted so that the concentration range of hydrocarbons that can be processed by the autothermal reformer 8 is shown in FIG. It can be omitted to install the steam reformer b before the self-heat reformer c.

このため、水蒸気ガス化炉1出口のガス化ガス120中の炭化水素濃度を炭化水素濃度検出器17で検出し、該炭化水素濃度検出器17の炭化水素濃度検出値18を、自己熱改質器8での改質可能な炭化水素濃度を求める試験を実施して得た炭化水素濃度21が予め入力された制御器19に入力している。従って、制御器19は、前記炭化水素濃度検出器17からの炭化水素濃度検出値18が設定された炭化水素濃度21と一致するように、即ち自己熱改質器8で改質可能な炭化水素濃度21が維持されるように、水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気供給量を制御する。水蒸気供給量を増加すると炭化水素濃度は低下し、水蒸気供給量を低減すると炭化水素濃度は増加することで制御が行われる。   For this reason, the hydrocarbon concentration in the gasification gas 120 at the outlet of the steam gasification furnace 1 is detected by the hydrocarbon concentration detector 17, and the hydrocarbon concentration detection value 18 of the hydrocarbon concentration detector 17 is converted into the self-thermal reforming. A hydrocarbon concentration 21 obtained by conducting a test for obtaining a reformable hydrocarbon concentration in the vessel 8 is inputted to the controller 19 which has been inputted in advance. Therefore, the controller 19 is a hydrocarbon that can be reformed so that the detected hydrocarbon concentration value 18 from the hydrocarbon concentration detector 17 coincides with the set hydrocarbon concentration 21, that is, the autothermal reformer 8. The amount of steam supplied to the steam gasifier 1 is controlled so that the concentration 21 is maintained. Control is performed by increasing the water vapor supply amount to decrease the hydrocarbon concentration and decreasing the water vapor supply amount to increase the hydrocarbon concentration.

自己熱改質器8によって処理可能なガス化ガス中の炭化水素濃度は自己熱改質器8の性能、種々の外的条件等によって変化するが、この種のプラントにおいて安定運転を行うことができる炭化水素濃度は通常15%以下であるため、制御器19に設定する炭化水素濃度21は15%以下、好ましくは10%以下としている。ここで、水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気量を増加すると、水蒸気ガス化炉1においてその水蒸気を例えば830℃の反応温度まで加熱するための熱エネルギー的な損失が増大するため、ガス化ガス120中の炭化水素濃度は、自己熱改質器8で処理できる炭化水素濃度の上限値に近い値に設定することが好ましい。   The hydrocarbon concentration in the gasification gas that can be processed by the autothermal reformer 8 varies depending on the performance of the autothermal reformer 8, various external conditions, etc., but stable operation can be performed in this type of plant. Since the possible hydrocarbon concentration is usually 15% or less, the hydrocarbon concentration 21 set in the controller 19 is 15% or less, preferably 10% or less. Here, when the amount of steam supplied to the steam gasification furnace 1 is increased, the loss of heat energy for heating the steam to the reaction temperature of, for example, 830 ° C. in the steam gasification furnace 1 is increased. The hydrocarbon concentration in 120 is preferably set to a value close to the upper limit of the hydrocarbon concentration that can be processed by the autothermal reformer 8.

尚、前記制御器19は、水蒸気ガス化炉1に供給する水蒸気供給量を制御すると共に、図2の流動層燃焼炉101から流動層ガス化炉102に循環する流動媒体の循環量を制御する方法、又は補助燃料管105によって流動層燃焼炉101に供給する補助燃料量を調節する方法等を用いてガス化温度を調節するようにしてもよい。   The controller 19 controls the amount of steam supplied to the steam gasification furnace 1 and the circulation amount of the fluidized medium circulating from the fluidized bed combustion furnace 101 to the fluidized bed gasification furnace 102 in FIG. The gasification temperature may be adjusted using a method or a method of adjusting the amount of auxiliary fuel supplied to the fluidized bed combustion furnace 101 by the auxiliary fuel pipe 105.

前記自己熱改質器8の上流に空気供給手段で供給する空気の供給量は、アンモニア合成反応器16に導入される改質ガス11中の水素に対して窒素が3:1の割合になる窒素を含有する空気供給量に調整する。これによりアンモニア合成反応器16において安定したアンモニアの製造が行なわれるようになる。   The amount of air supplied by the air supply means upstream of the autothermal reformer 8 is such that the ratio of nitrogen to hydrogen in the reformed gas 11 introduced into the ammonia synthesis reactor 16 is 3: 1. Adjust to an air supply containing nitrogen. Thus, stable ammonia production is performed in the ammonia synthesis reactor 16.

本発明者らが、ガス化ガス120中の炭化水素濃度を6%に調整した場合について試験を行なったところ、ガス化ガス1重量%に対して前記自己熱改質器8の上流に供給する水蒸気の供給量を0.35〜0.40重量%とし、空気の供給量を0.60〜0.70重量%としたところ、アンモニア合成に好適なH/N=3の改質ガスを安定して得ることができた。 When the present inventors tested the case where the hydrocarbon concentration in the gasification gas 120 was adjusted to 6%, 1 wt% of the gasification gas was supplied upstream of the autothermal reformer 8. A reformed gas of H 2 / N 2 = 3 suitable for ammonia synthesis when the supply amount of water vapor is 0.35 to 0.40 wt% and the supply amount of air is 0.60 to 0.70 wt% Could be obtained stably.

図3は本発明の他の形態を示したもので、図1に示した構成において、前記自己熱改質器8の上流に供給する空気を、予め空気分離機22に供給して酸素(O)もしくは酸素富化空気と窒素(N)とに分離するようにし、酸素もしくは酸素富化空気は自己熱改質器8の上流に供給して水素の生成に用い、窒素はアンモニア合成反応器16の上流、又はメタン生成反応器15の上流に供給することによってアンモニアの合成に用いるようにしている。 FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 1, the air supplied upstream of the autothermal reformer 8 is supplied to the air separator 22 in advance to supply oxygen (O 2 ) or oxygen-enriched air and nitrogen (N 2 ) are separated, and oxygen or oxygen-enriched air is supplied to the upstream of the autothermal reformer 8 to generate hydrogen, and nitrogen is an ammonia synthesis reaction. By supplying it upstream of the vessel 16 or upstream of the methanation reactor 15, it is used for the synthesis of ammonia.

図3の形態では空気を空気分離機22で酸素もしくは酸素富化空気と窒素に分離して供給するようにしているので、アンモニア合成反応器16に供給される水素と窒素の割合を調整することができ、よって調整の自由度を高めることができる。   In the form of FIG. 3, air is separated into oxygen or oxygen-enriched air and nitrogen by the air separator 22 and supplied, so that the ratio of hydrogen and nitrogen supplied to the ammonia synthesis reactor 16 is adjusted. Therefore, the degree of freedom of adjustment can be increased.

尚、ここで用いる空気分離機22は、アンモニア合成反応器16でのアンモニア合成に必要な窒素を生成できる程度の小規模な装置でよく、従って、前記特許文献2に示されるような酸素ガス化法の場合における空気分離機に対して1/4〜1/5程度の小型の設備とすることができ、よって安価に実施することができる。   Note that the air separator 22 used here may be a small-scale apparatus capable of generating nitrogen necessary for ammonia synthesis in the ammonia synthesis reactor 16, and therefore, oxygen gasification as shown in Patent Document 2 described above. The size of the equipment can be reduced to about 1/4 to 1/5 that of the air separator in the case of the law, and thus can be implemented at low cost.

上記したように、本発明のアンモニア製造方法及び装置では、石炭、バイオマス、及び超重質油等のような比較的安価な有機原料を用いて水蒸気ガス化することにより高いガス化率でガス化ガスを生成することができ、且つ、ガス化ガス中の炭化水素の濃度を低く抑えることにより、自己熱改質器の前段に設置する水蒸気改質器を省略することができ、且つ酸素ガス化法のような大型の空気分離器を設けることが省略できるため、装置設備が安価になり、しかも2塔式ガス化炉100のようなガス化率が高い装置を用いることによってアンモニアの生産性を高めることができる。   As described above, in the ammonia production method and apparatus of the present invention, gasification gas is produced at a high gasification rate by steam gasification using relatively inexpensive organic raw materials such as coal, biomass, and super heavy oil. The steam reformer installed in the front stage of the self-thermal reformer can be omitted by suppressing the hydrocarbon concentration in the gasification gas to be low, and the oxygen gasification method Since it is possible to omit the provision of a large air separator such as the above, the equipment becomes inexpensive, and the productivity of ammonia is increased by using a device with a high gasification rate such as the two-column gasifier 100. be able to.

なお、本発明のアンモニア製造方法及び装置は、上記形態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。   Note that the ammonia production method and apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明を実施する形態の一例の概略を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows an outline of an example of an embodiment which carries out the present invention. 本発明の水蒸気ガス化炉として用いられる2塔式ガス化炉の概略側面図である。It is a schematic side view of the two tower type gasifier used as a steam gasifier of the present invention. 本発明を実施する形態の他の例の概略を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the outline of other examples of the form which carries out the present invention. 天然ガスを用いてアンモニアを製造する従来の一例の概略を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the outline of an example of the conventional which manufactures ammonia using natural gas. 本発明者らが行なった熱分解ガス化と水蒸気ガス化で発生するガスの組成濃度を計測する実験に用いられた実験装置の概要図である。It is a schematic diagram of the experimental apparatus used for the experiment which measures the composition density | concentration of the gas which generate | occur | produces by the pyrolysis gasification and water vapor | steam gasification which the present inventors performed.

符号の説明Explanation of symbols

1 水蒸気ガス化炉
2 タール除去器
3 二酸化炭素除去器
4 圧縮機
6 熱交換器
8 自己熱改質器(ATR)
9 水蒸気供給手段
10 空気供給手段
11 改質ガス
14 炭素成分除去手段
16 アンモニア合成反応器
17 炭化水素濃度検出器
18 炭化水素濃度検出値
19 制御器
21 炭化水素濃度(設定)
22 空気分離機
100 2塔式ガス化炉
119 水蒸気供給手段
120 ガス化ガス
1 Steam Gasification Furnace 2 Tar Remover 3 Carbon Dioxide Remover 4 Compressor 6 Heat Exchanger 8 Autothermal Reformer (ATR)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Steam supply means 10 Air supply means 11 Reformed gas 14 Carbon component removal means 16 Ammonia synthesis reactor 17 Hydrocarbon concentration detector 18 Hydrocarbon concentration detection value 19 Controller 21 Hydrocarbon concentration (setting)
22 Air Separator 100 Two-column Gasification Furnace 119 Water Vapor Supply Means 120 Gasification Gas

Claims (12)

石炭、バイオマス、超重質油と水蒸気を水蒸気ガス化炉に供給して水蒸気ガス化によりガス化ガスを生成し、生成したガス化ガスに水蒸気と空気を混合して自己熱改質器によりガス化ガス中の炭化水素を改質し、自己熱改質器からの改質ガス中の炭素成分を除去して得られた水素と窒素をアンモニア合成反応器に供給してアンモニアを製造するアンモニア製造方法において、
前記水蒸気ガス化炉で生成されるガス化ガスの炭化水素濃度検出値が、自己熱改質器によって改質可能な炭化水素濃度の設定値に一致するように水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気の供給量を制御することを特徴とするアンモニア製造方法。
Coal, biomass, super heavy oil and steam are supplied to a steam gasification furnace to generate gasification gas by steam gasification, and the gasification gas is mixed with steam and air and gasified by an autothermal reformer. Ammonia production method for producing ammonia by reforming hydrocarbons in gas and removing hydrogen and nitrogen obtained by removing carbon components in reformed gas from autothermal reformer to ammonia synthesis reactor In
The detected value of the hydrocarbon concentration of the gasification gas generated in the steam gasification furnace matches the set value of the hydrocarbon concentration that can be reformed by the autothermal reformer. A method for producing ammonia, comprising controlling a supply amount .
前記ガス化ガス中の炭化水素の濃度を、水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気の供給量と、水蒸気ガス化炉のガス化温度とにより制御することを特徴とする請求項に記載のアンモニア製造方法。 The ammonia production according to claim 1 , wherein the concentration of hydrocarbons in the gasification gas is controlled by a supply amount of steam supplied to the steam gasification furnace and a gasification temperature of the steam gasification furnace. Method. 前記自己熱改質器の上流に供給する空気の供給量は、アンモニア合成反応器に導入される改質ガス中の水素に対して窒素が3:1の割合になる窒素を含有する空気供給量であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンモニア製造方法。 The supply amount of air supplied upstream of the autothermal reformer is an air supply amount containing nitrogen in which nitrogen is in a ratio of 3: 1 to hydrogen in the reformed gas introduced into the ammonia synthesis reactor. The ammonia production method according to claim 1 or 2 , wherein 前記空気を予め空気分離機により酸素もしくは酸素富化空気と窒素に分離し、酸素もしくは酸素富化空気は自己熱改質器の上流に供給して水素の生成に供し、窒素はアンモニア合成反応器の上流に供給してアンモニアの合成に供することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法。 The air is previously separated into oxygen or oxygen-enriched air and nitrogen by an air separator, and the oxygen or oxygen-enriched air is supplied upstream of the autothermal reformer to generate hydrogen, and nitrogen is an ammonia synthesis reactor. The method for producing ammonia according to any one of claims 1 to 3 , wherein the ammonia is supplied to the upstream of the gas and used for synthesis of ammonia. 前記自己熱改質器によって処理可能なガス化ガス中の炭化水素濃度は15%以下であり好ましくは10%以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法。 The ammonia according to any one of claims 1 to 4 , wherein a hydrocarbon concentration in the gasification gas that can be treated by the autothermal reformer is 15% or less, preferably 10% or less. Production method. 前記自己熱改質器上流に供給する水蒸気のガス化ガス1重量%に対する供給量は0.35〜0.40重量%であり、空気の供給量は0.60〜0.70重量%であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のアンモニア製造方法。 The supply amount of steam supplied to the upstream of the autothermal reformer with respect to 1% by weight of gasification gas is 0.35 to 0.40% by weight, and the supply amount of air is 0.60 to 0.70% by weight. The ammonia production method according to any one of claims 1 to 5 , wherein: 石炭、バイオマス、超重質油を水蒸気ガス化してガス化ガスを生成する水蒸気ガス化炉と、ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、ガス化ガスに空気を供給する空気供給手段と、水蒸気と空気の存在下でガス化ガス中の炭化水素を改質して水素を生成する自己熱改質器と、改質ガス中の炭素成分を除去する炭素除去手段と、炭素除去手段から導出された水素と窒素を用いてアンモニアを製造するアンモニア合成反応器とを備えたアンモニア製造装置において、
前記水蒸気ガス化炉出口のガス化ガス中の炭化水素濃度を検出する炭化水素濃度検出器と、該炭化水素濃度検出器の炭化水素濃度検出値が自己熱改質器で改質可能な炭化水素濃度に一致するように水蒸気供給手段を調節して水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気量を制御する制御器と
を備えたことを特徴とするアンモニア製造装置。
A steam gasification furnace that generates gasified gas by steaming coal, biomass, and super heavy oil; a steam supply means that supplies steam to the gasification gas; and an air supply means that supplies air to the gasification gas; Derived from a self-thermal reformer that generates hydrogen by reforming hydrocarbons in gasification gas in the presence of water vapor and air, carbon removal means for removing carbon components in the reformed gas, and carbon removal means In an ammonia production apparatus equipped with an ammonia synthesis reactor for producing ammonia using hydrogen and nitrogen produced,
A hydrocarbon concentration detector for detecting the hydrocarbon concentration in the gasification gas at the outlet of the steam gasification furnace, and a hydrocarbon whose hydrocarbon concentration detection value of the hydrocarbon concentration detector can be reformed by an autothermal reformer A controller for controlling the amount of steam supplied to the steam gasifier by adjusting the steam supply means so as to match the concentration;
Ammonia production apparatus characterized by comprising a.
前記水蒸気ガス化炉は、2塔式ガス化炉であることを特徴とする請求項に記載のアンモニア製造装置。 8. The ammonia production apparatus according to claim 7 , wherein the steam gasification furnace is a two-column gasification furnace. 前記制御器が、水蒸気ガス化炉に供給する水蒸気量を制御すると共に、水蒸気ガス化炉のガス化温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項7又は8に記載のアンモニア製造装置。 The ammonia production apparatus according to claim 7 or 8 , wherein the controller controls the amount of water vapor supplied to the steam gasification furnace and the gasification temperature of the steam gasification furnace . 前記空気を酸素もしくは酸素富化空気と窒素に分離する空気分離装置を備え、空気分離装置で分離した酸素もしくは酸素富化空気を自己熱改質器の上流に供給し、空気分離装置で分離した窒素をアンモニア合成反応器の上流に供給するようにしたことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置。 An air separation device that separates the air into oxygen or oxygen-enriched air and nitrogen is provided. The oxygen or oxygen-enriched air separated by the air separation device is supplied upstream of the self-heat reformer and separated by the air separation device. The ammonia production apparatus according to any one of claims 7 to 9 , wherein nitrogen is supplied upstream of the ammonia synthesis reactor. 前記自己熱改質器出口の改質ガスを自己熱改質器入口のガス化ガスと熱交換して自己熱改質器入口のガス化ガス温度を高める熱交換器を備えたことを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置。 A heat exchanger is provided that heat-exchanges the reformed gas at the outlet of the autothermal reformer with the gasified gas at the inlet of the autothermal reformer to increase the gasified gas temperature at the inlet of the autothermal reformer. The ammonia production apparatus according to any one of claims 7 to 10 . 前記水蒸気ガス化炉出口に、タール除去器と、二酸化炭素除去器と、圧縮機を順次備えたことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1つに記載のアンモニア製造装置。 The ammonia production apparatus according to any one of claims 7 to 11 , wherein a tar remover, a carbon dioxide remover, and a compressor are sequentially provided at an outlet of the steam gasification furnace.
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