JP4490300B2 - 固体燃料ガス化装置およびガス化方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭などの固体燃料を、搬送ガスを用いて気流搬送させてガス化炉に投入し、ガス化剤と反応させてガス化するガス化装置及びガス化方法に関する。

石炭やプラスチック廃棄物などのように炭化水素を主成分とする固体燃料をガス化するガス化装置には、固定層、流動層あるいは気流層等の種々のガス化炉を用いるものがある。これらのうちで気流層方式と称されるガス化炉は、１０００℃以上、１５００℃に及ぶ高温での運転が可能であり、固体燃料からガスへの転換効率が高いという特長がある。この気流層方式のガス化炉では、炉内で固体燃料が浮遊させられ、ガス化剤と接触してガス化される。このため、噴流層方式と呼ばれることもある。

気流層方式のガス化炉には、通常、固体燃料が搬送ガスに同伴されるか、或いは固体燃料と水とのスラリーにしてガス化炉に投入される。両者のうちでは、固体燃料を気流搬送させてガス化炉へ投入する方が、ガス化炉に水分が供給されない分、生成ガスの発熱量が高くなるという利点がある。

気流層方式のガス化炉を用いる場合、ガス化炉から、生成ガスと共に未反応の可燃成分たとえばチャーなどの炭素分が、煤塵とともに排出される。ガス化炉から排出されたチャーなどの固体物は、固体燃料のガスへの転換率を高めるために、通常、回収されてガス化炉に再供給される。

固体燃料を気流搬送し、気流層方式のガス化炉へ投入するガス化装置において、ガス化炉から生成ガスに同伴して排出される固体物を回収しガス化炉へ再供給する方法には、例えば以下に述べる方法がある。一つはサイクロンやフィルタを用いて固体物を回収し、ロックホッパを介してガス化炉へ戻す方法（例えば特許文献１参照）であり、一つはガス洗浄器を用いて固体物を回収し、スラリーの状態でガス化炉へ直接供給する方法（例えば特許文献２参照）である。

特開２０００―３２８０７４号公報（段落番号００１３） 特開２００３−２３１８８８号公報（特許請求の範囲）

ガス化炉の外部へ排出された固体物を回収しロックホッパを介してガス化炉へ戻す方法は、スラリーにしてガス化炉へ供給する方法に較べて、生成ガスの発熱量を高くすることができるが、大容量のロックホッパが必要である。スラリーでガス化炉へ供給する方法は、ロックホッパは要らないが、ガス化炉に水分が供給されるために生成ガスの発熱量が低い。

本発明の目的は、気流層方式のガス化炉へ、気流搬送された固体燃料を供給するガス化装置において、ロックホッパを必要とせず、またスラリーにしないで、回収した固形物をガス化炉へ再供給できるようにすることにある。

本発明の第一は、気流層方式のガス化炉から炉外へ排出された生成ガスを、水と直接接触させて、生成ガスに同伴されたチャー等の固体物を回収し、回収した固体物と水との混合物を脱水してから、固体燃料貯蔵器又は固体燃料粉砕機に投入することにある。

ガス化炉の炉外へ、生成ガスとともに排出されたチャー等の固体物を、生成ガスから分離回収するために、本発明のガス化装置には、少なくとも、生成ガスに水を直接接触させる方式の固体物回収装置が備えられる。

また、固体物回収装置により回収された固体物と水との混合物を脱水するために、本発明のガス化装置には脱水機が備えられる。脱水機で脱水され、ゲル状になった固体物と水の混合物は、その後、乾燥させてから固体燃料貯蔵器又は固体燃料粉砕機に投入することが望ましく、このために、本発明のガス化装置には乾燥機が備えられることが望ましい。回収した固体物を固体燃料粉砕機に投入する場合には、乾燥機は必ずしも必要でないが、固体燃料貯蔵器に投入する場合には乾燥機を備えて、乾燥させてから投入することが望ましい。

固体物と水との混合物が脱水機で脱水されることにより、水が排出されるが、この水は、水接触式回収装置に戻して再利用することが望ましい。この場合、水処理装置を設けて、分離した水に含まれている塩やチャー等を除去してから水接触式回収装置に戻すことが望ましい。脱水機で分離した水を水接触式回収装置に戻して再利用することにより、ガス化システム内で再利用することができ、かつ水の使用量及び排水の排出量を抑制することができる。

本発明の第二は、ガス化炉で微粉砕した固体燃料と酸素または空気とを反応させて水素および一酸化炭素を主成分とするガスを生成させ、ガス化炉の炉外へ排出された生成ガス中の粉粒体を捕集器で捕集液を用いて捕集し、捕集器の底部から捕集液と粉粒体とのスラリーを抜き出してガス化炉内に供給することにある。前記捕集器は、生成ガスが導入される容器と、この容器内で生成ガスと液体とを接触させて生成ガス中の粉粒体を捕集する捕集手段と、容器の底部に滞留する捕集液を攪拌する攪拌機とを備えるものが好ましい。

この第二の発明によれば、生成ガス中の粉粒体は、液体に捕捉されて捕集器の底部に落下し、捕集液として滞留する。この捕集液を攪拌することにより、粉粒体が液体中に分散されたスラリーが生成される。すなわち、液体に捕捉された粉粒体は容器底部に落下後、攪拌により液体中に分散されるので、粉粒体の凝集を抑制することができる。また、粉粒体が分散されたスラリーを炉内に供給することにより、粉粒体のガス化が効率的に行なわれ、炭素転換率を向上させることができる。

なお、粉粒体の捕集手段としては、液体を生成ガスに噴霧する方法や濡れ壁に生成ガスを当てる方法、或いは液体中に生成ガスを通流させる方法等がある。

ガス化炉は、上段および下段にバーナを配置した２段ガス化炉とし、生成ガスが旋回流を形成するように、バーナをガス化炉の接線方向に向けて配置してもよい。

本発明によれば、固体物返送用のロックホッパを用いることなく、また、スラリーにすることなく、ガス化炉へ再供給することができる。

以下、石炭をガス化剤と反応させて部分酸化し、一酸化炭素と水素を主成分とする可燃性ガスを生成するガス化装置の実施態様について、図面を用いて説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

本実施例では、水接触式回収装置で回収したチャー等の固体物を脱水して、固体燃料粉砕機に投入する場合について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例に係るガス化装置の概略構成をブロック図で示したものである。

図１に示すガス化装置において、ガス化炉８の下部には、固体燃料である石炭の供給口及びガス化剤である空気の供給口が設けられ、ガス化炉の上部には、炉内で生成された生成ガスの排出口が設けられている。ガス化炉に投入される石炭は、塊状の原炭５１の状態で、固体燃料貯蔵器である原炭バンカ１に受け入れられる。原炭バンカ１に貯蔵された原炭５１は、所望の速度で固体燃料粉砕機であるミル２に供給される。ミル２には、原炭バンカ１からの原炭のほかに、チャー等の固体物と水との混合物がゲル状の状態で投入される。チャー等の固体物と水との混合物の投入に関しては、別途説明する。なお、ゲル状の混合物を、以下ではゲル状チャーと呼ぶことにする。

ミル２において、原炭５１は平均４０μｍ程度の大きさに粉砕されて微粉炭になり、フィーダを通して送られてきたゲル状チャー５７と混合される。ミル２には乾燥空気６１が導入され、この乾燥空気によってゲル状チャー５７の水分が更に除去される。ミル２で原炭が粉砕されることによって得られた微粉炭とチャーは、空気などのガス流を搬送ガスとして輸送管５２によってバグフィルタ４，４ａに輸送される。本実施例では、ガス化炉内へ上下二段に分けて微粉炭が供給されることから、バグフィルタは２つ設けられている。バグフィルタ４，４ａにて微粉炭は搬送ガスから分離され、常圧ホッパ５，５ａに回収される。常圧ホッパ５，５ａに規定量の微粉炭が溜まると、常圧ホッパ５，５ａの下部の弁が開き、微粉炭は加圧ホッパ６，６ａに落下する。常圧ホッパ５，５ａ内の微粉炭が加圧ホッパ６，６ａに移送し終わると、常圧ホッパ５，５ａの下部の弁が閉じ、加圧ホッパ６，６ａには窒素などのガスが供給され、加圧ホッパはガス化炉８の運転圧力以上に加圧される。加圧ホッパの加圧が完了し、かつ、供給ホッパ７，７ａ内の微粉炭残量が少なくなると、加圧ホッパ６，６ａの下部の弁が開き、微粉炭は供給ホッパ７，７ａに落下する。加圧ホッパ６，６ａ内の微粉炭が供給ホッパ７，７ａに移送し終わると、加圧ホッパ６，６ａの下部の弁が閉じる。供給ホッパ７，７ａ内の微粉炭は、供給ホッパの下部に近い部分に供給された窒素などの搬送ガスによるガス流に同伴されて、微粉炭５９，６０としてガス化炉８に供給される。ミル２に供給されたチャーも、搬送ガスの流れに同伴してガス化炉へ投入される。ガス化炉８には酸素、空気等のガス化剤５８も供給される。ガス化炉内に微粉炭が上下二段に分けて供給されることから、ガス化剤も二段に分けてガス化炉へ供給される。

ガス化炉内で微粉炭は酸素により部分燃焼し、一酸化炭素や水素などの可燃性ガスと熱を発生する。このとき、発生した熱により微粉炭に含有される灰分は溶融し、スラグとしてガス化炉８の外部に排出される。可燃性ガスである生成ガス５３は、通常、約１０００℃でガス化炉８から排出される。ガス化炉から排出された生成ガスは、水接触式固体物回収装置であるガス冷却器９に導入され、水と直接接触して冷却される。生成ガス５３には、ガス化炉８内でガス化されなかった炭素分を含有するチャーなどの煤塵が同伴しており、これらの煤塵はガス冷却器９で生成ガスと水とが直接接触することにより、生成ガスから分離される。ガス冷却器９で冷却され、かつ脱塵された粗製ガス５４は系外へ排出される。ガス冷却器９で生成ガスから分離されたチャー等の固体物と水との混合物は、チャースラリにてガス冷却器９から排出され、チャー輸送管５６によってミル２に向けて搬送される。なお、ガス冷却器９には洗浄水５５が循環供給され、この洗浄水によって生成ガスが洗浄され、冷却される。

ガス冷却器９で回収されたチャーを効率よくミル２に輸送するためには、チャースラリ中のチャー濃度を高める必要がある。しかし、チャースラリ中のチャー濃度が高いと、チャー輸送管５６内で固まってしまい、管が詰まってしまう。チャースラリの流動性を確保するために、チャー濃度は３０重量％以下にすることが望ましい。この理由を、図１０を用いて説明する。図１０は、チャースラリ中のチャー濃度と配管輸送の圧力損失との関係を示したグラフである。この図１０により、チャースラリ中のチャー濃度が３０重量％以上においては、配管の圧力損失が非常に大きく、即ち、チャースラリの流動性が乏しく、ポンプなどの動力による配管内の輸送に適さないことがわかる。一方で、チャースラリのチャーの濃度が低いと、チャーの輸送効率が悪くなる。これらを勘案し、チャースラリのチャー濃度は流動性を損なわない範囲で、できるだけ高くすることが望ましく、具体的にはチャー濃度を２０〜３０重量％にすることが望ましい。ガス化炉の運転条件から、経験的にチャーの発生量は推定でき、その発生量に対して、ガス冷却器９に供給する洗浄水５５の水量を調整することにより、チャー濃度２０〜３０重量％のチャースラリを得ることができる。ガス冷却器９により得られるチャースラリ中のチャー濃度を３０重量％以下とした場合には、チャースラリを液体として取り扱うことができ、ポンプでの輸送や加圧が可能である。

チャースラリをミル２に投入する際に、チャースラリの水分が多いと、ミルがスリップしてしまい、原炭をうまく粉砕できない。そこで、ミルに投入する前に、チャースラリを脱水機１０に導入して脱水を行う。脱水機１０は、できるだけミル２に近い場所に設けて、脱水機からミルまでの輸送距離を短くすることが望ましい。脱水機１０において、チャースラリ中のチャーと水の一部が分離され、チャースラリは濃縮されてゲル状チャー５７となる。脱水機としては、プレス法、濾過法或いは遠心分離法など、各種のものを用いることができる。脱水機１０では、ゲル状チャーにおけるチャー濃度を７０重量％以上にすることが望ましい。この理由を、図１１を用いて説明する。図１１は、あるプラントに本発明を適用したときの、固体燃料粉砕ミルに供給する水とチャーの混合物中のチャー濃度と、ガス化炉のガス転換効率を表す冷ガス効率との関係を示すグラフである。なお、冷ガス効率は、次式に示すように、ガス化炉に投入した燃料の発熱量に対する生成ガスの発熱量であり、ガス化炉のガス転換効率を表す。

冷ガス効率＝（生成ガス量×生成ガス発熱量）／（固体燃料発熱量×固体燃料供給量）
図１１より、水とチャーの混合物中のチャー濃度が低いと、プラントの冷ガス効率は低くなり、チャー濃度が高いと冷ガス効率は高くなることがわかる。水とチャーの混合物中のチャー濃度が７０重量％以上になると、チャーを乾式でガス化炉に再供給した場合のプラントの冷ガス効率と同程度の８０％の冷ガス効率が得られる。

脱水機１０で得られたゲル状チャー５７は貯留することなく、チャーフィーダ１２によりミル２に供給される。なお、チャーフィーダとしては、スクリューフィーダやプッシャーなどを使用することができる。

本実施例に用いる固体燃料粉砕ミルの例を図９に示す。図９は、固体燃料粉砕ミルの概略構成を示している。ミルは全体がハウジング１７で覆われ、内部に回転テーブル２１、粉砕ローラ１９、回転分級器１６、ローラブラケット１８などが設置されている。固体燃料供給管１５を介してハウジング１７内に導入された原炭５１は、回転テーブル２１上に落下する。回転テーブル２１には粉砕リング２０が設置されており、原炭５１はやがて粉砕リング２０上に移動する。粉砕リング２０上には粉砕ローラ１９が設置されており、回転テーブル２１が回転することにより粉砕ローラ１９と粉砕リング２０との間に原炭５１が入り、すりつぶされることにより粉砕される。ハウジング１７の側壁にはチャーフィーダ１２が内挿された管が設置される。この管を介してゲル状チャー５７がミル内に供給される。なお、チャーフィーダ１２が内挿された管は、ゲル状チャー５７が粉砕リング２０上に供給されるように配置される。また、上記管は粉砕ローラ１９の数だけ設置され、ゲル状チャー５７は予めその数に分配された後にミルに供給される。ゲル状チャー５７を粉砕ローラ１９の数だけ分岐してミルに供給することにより、ミル内に供給された原炭とチャーの混合物６２におけるチャーと原炭の分布を均一にすることができる。また、粉砕ローラの空転を防止することができる。ミル内でのチャーの偏在が無いことにより、粉砕ローラ１９と粉砕リング２０の摩擦が均一になるため、振動を抑制できる。

本発明は、ガス化炉の生成ガスに同伴するチャー等の煤塵を水接触式回収装置で回収するので、大型のボイラ型ガス冷却器を使用せずに生成ガスを冷却することができる。

また、チャーは固体燃料との混合物として、ガス化炉に水を含まない状態で供給されるので、固体燃料供給用のロックホッパやフィーダなどを使用でき、チャー専用のロックホッパやフィーダは不要にできる。

更に、チャーは脱水後或いは更に乾燥後にガス化炉に供給され、ガス化炉内に多量の水分が供給されないため、ガス化炉の温度低下を防止し、生成ガス発熱量が向上する。また、チャーの中には、まれに数１００μｍから数ｍｍの粗粒が含まれることがあり、ガス化炉に投入する配管やノズルを閉塞することがあるが、本発明では、チャーは原料粉砕用のミルに投入されるため、チャーの粗粒も粉砕され、配管やノズルが閉塞するというようなトラブルの発生を回避することができる。

なお、ガス化炉の負荷にかかわらず、回収したチャーの全量を固体燃料粉砕ミルに投入することにより、嵩比重が０．１から０．３程度であるチャーを貯留するための大型のホッパやタンクを使用しないガス化システムとすることができる。

本実施例では、脱水機で得られたゲル状チャーを乾燥機で乾燥させた後に、原炭バンカに投入する例について、図２を用いて説明する。図２は、本実施例によるガス化装置の概略構成をブロック図で示したものである。実施例１と相違する構成及び特徴について説明する。

図２が図１と相違する点は、脱水機１０にて得られたゲル状チャー５７を、チャーフィーダ１２を介して乾燥機１４に導入して乾燥し、乾燥チャー６４をミル２ではなく原炭バンカ１に投入していることである。

ガス冷却器９で回収したチャーを原炭バンカ１に投入する場合、水分が含まれていると、石炭が湿って、くっついてしまい、バンカから取り出せなくなる。このため、乾燥させる必要がある。本実施例により、回収チャーが原炭バンカ１を経由して乾燥状態でミル２内に供給されるようになり、ミル２に入る水分を抑制することができ、ミル２の粉砕性が向上する。

本実施例では、図１で示したガス化装置において、脱水機１０で分離された水を水輸送管６３によってガス冷却器９に戻し、再利用するようにした。本実施例に係るガス化装置のブロック図を図３に示す。図１と異なる点について説明する。

図３のガス化装置には、脱水機１０とガス冷却器９との間に、水輸送管６３が設けられている。

脱水機１０では、チャースラリを脱水した際に水が分離されて排出される。この水を水輸送管６３によってガス冷却器９に戻して再利用する。これにより、脱水機１０で分離された水をガス化システム内で再利用することができ、また、水の使用量及び排水の排出量を抑制することができる。

本実施例では、図２に示す構成のガス化装置において、図３の場合と同様に、脱水機１０とガス冷却器９との間に水輸送管６３を設けた。図４に、本実施例のガス化装置のブロック図を示す。

本実施例でも、脱水機で分離した水をガス化システム内で再利用し、かつ水の使用量及び排水の排出量を抑制することができる。

本実施例では、図３に示すガス化装置において、脱水機１０とガス冷却器９とを結ぶ水輸送管６３の途中に水処理装置を設けた。本実施例のガス化装置のブロック図を図５に示す。

ガス冷却器９でガス化炉生成ガスに水を直接接触させてチャーを回収する場合、生成ガス中に混入する水溶性の成分、例えば塩素分やアンモニア分などが、水に溶解する可能性がある。脱水機１０で分離した水をガス冷却器９へ戻して循環再使用しているうちに、これらの塩素分やアンモニア分は濃縮され、塩として析出し、配管や各種機器類に付着して、配管等を腐食する原因になりかねない。そこで、水処理装置１３を設けて、塩素分やアンモニア分、更には混入するチャー等を除去する。これにより、配管及び他の機器類に、塩素分やアンモニア分を原因とする塩が付着するのを抑制できる。

本実施例は、脱水機１０で分離した水をガス冷却器９に戻して循環再使用するガス化システムにおいて、極めて有効である。

本実施例は、図５と同様の水処理装置１３を、図４に示す構成のガス化装置に設置したものであり、実施例５の場合と同様の効果が得られる。本実施例のガス化装置のブロック図を図６に示した。

本実施例は、図１に示すガス化装置において、固体物回収装置としてガス冷却器と乾式脱塵装置の両方を備え、両者から回収したチャー等の固体物を混合してから脱水機を経てミル２に投入するようにしたものである。本実施例のガス化装置のブロック図を図７に示す。

本実施例では、ガス化炉の生成ガス５３はガス冷却器９に入り、ここでチャーが除去され、かつ冷却されて、粗製ガス５４となって乾式脱塵装置２２に導入される。乾式脱塵装置２２で更にチャー等が分離され、高品質粗製ガス６７となって排出される。乾式脱塵装置２２には、例えばサイクロンやフィルタもしくはその両方を用いることができる。ガス冷却器９から排出された粗製ガス５４には、水分が多く含まれている。従って、粗製ガス５４を乾式脱塵装置２２へ輸送するための輸送管は、水分が凝縮しないように加熱しておくことが望ましい。

乾式脱塵装置２２で回収されたチャー６６は、攪拌槽２３に重力により落下する。攪拌槽２３には、ガス冷却器９から排出されたチャーと水の混合物も導入され、ここで両者が混合攪拌される。攪拌槽２３で混合されたチャーと水の混合物は、チャースラリとしてチャー輸送管５６によりミル２に向けて輸送される。

本実施例によれば、ガス冷却器９で除去することが難しい１０μｍ以下の大きさのチャーも、ほぼ完全に粗製ガスから除去することができる。チャーの回収率が上がるため、ガス転換効率も向上する。

なお、乾式脱塵装置２２は、図２に示す構成のガス化装置に対しても設けることができる。また、図７では、ガス冷却器９の下流側に乾式脱塵装置２２を設けたが、乾式脱塵装置２２を上流側に設けてガス冷却器９を下流側に設けることもできる。但し、この場合には、ガス化炉の生成ガス５３を冷却したのちに乾式脱塵装置に導入することが望ましい。

本実施例では、図１に示す構成のガス化装置において、ガス冷却器９から排出されたチャースラリを濃縮機で濃縮してから、チャー輸送管５６によりミル２に向けて輸送する例について説明する。本実施例のガス化装置のブロック図を図８に示す。図８のガス化装置において、ガス冷却器９から排出されたチャースラリは、濃縮機２４でチャー濃度が高められたのち、チャー輸送管５６により輸送される。

チャースラリのチャー濃度が高いと、チャー輸送管内でチャーが固まって、管が詰まってしまうことは実施例１で述べた通りであるが、実施例１ではガス冷却器９に供給する洗浄水の量を調整することによって、チャースラリのチャー濃度を調整している。これに対し、本実施例では、別個に濃縮機２４を備え、チャースラリのチャー濃度を高めるようにした。この濃縮機２４でチャースラリ中のチャー濃度を２０〜３０重量％に高めてから、チャー輸送管５６によりミル２に向けて輸送することにより、チャー輸送管の詰まりを生じることなく、輸送管内を流れるチャースラリの流体量を低減することができ、輸送効率が向上する。なお、本実施例は、図２〜図７に示す構成のガス化装置に対しても適用することができる。

第二の発明に係る実施形態の一例を説明する。本実施形態のガス化装置は、図１２に示すように、原料ホッパ３１と、ガス化炉９９と、湿式捕集器８０と、ポンプ９０と、流量調節器３５とを有して構成される。原料ホッパ３１は、縦型容器の下部が逆錐状になっており、容器下部の中央に形成される排出口にはフィーダ３６が連結されている。このフィーダ３６は、配管３７を介してガス化炉９９の下部側壁に配設されるバーナ（図示せず）に接続されている。酸化剤の流量調節器３５は、配管３８の途中に配設され、配管３８は配管３７に接続されている。ガス化炉９９は、例えば円筒型の容器であり、底部中央にスラグ排出管路３９が連結されている。ガス化炉９９の上部側壁には配管７１が連結され、配管７１を介して湿式捕集器８０に接続されている。

湿式捕集器８０は、円筒型で上部がドーム状の容器８２と、容器８２の内部に配置されるノズル８１、攪拌機８３、ガイド８４とを有して構成される。容器８２内の頂部には、容器８２内のガスを系外に排出する配管８７が接続されている。容器８２の上部には水を下方に向けて噴霧するノズル８１が複数配置されており、ノズル８１は水供給用の配管８５とそれぞれ連結されている。ノズル８１の下方で、容器８２の側面には、配管７１との接続口が形成されている。さらに、この接続口の下方には、例えば、容器８２の内壁から中央に向かって突き出して形成され、中央に略円形の開口部を有する円錐状のガイド８４が配設されている。このガイド８４は、開口部に向かって下方に傾斜しており、例えば、水滴が開口部に向かって流れ落ちるように構成されている。ガイド８４の下方、つまり容器８２の底部には、スクリュータイプの攪拌機８３が水平に配置されており、攪拌機８３の回転軸は容器８２の外部に設けられたモーター８６の駆動軸と連結されている。容器８２の底部側壁に配管８８が連結され、配管８８はポンプ９０の吸込み口に接続されている。ポンプ９０の吐出口は配管８９を介してガス化炉９９の下部側壁に連結されている。

このように構成される水素製造装置の動作について説明する。原料ホッパ３１には、例えば、微粉砕された石炭（以下、微粉炭と略す）が貯蔵されており、フィーダ３６を作動させると、微粉炭が必要量払い出されて配管３７内を例えば気流搬送され、ノズルからガス化炉９９内に投入される。この際、流量調節器３５により流量調整された酸化剤（例えば、酸素等）が配管３８を介して配管３７内に供給される。

ガス化炉９９内に供給された微粉炭と酸化剤は、微粉炭の部分燃焼とガス化が同時に行なわれ、高温（例えば、約１５００℃）、高圧下で、微粉炭は酸化剤と反応し、水素および一酸化炭素等を主成分とする可燃性ガス（以下、生成ガスと略す）が生成される。この生成ガス中には未燃分のチャーが含まれており、チャーは生成ガスに同伴されて、ガス化炉内を例えば旋回しながら上昇する。そして、チャーを含む生成ガスは、ガス化炉９９の排出口から外部に排出され、配管７１を介して湿式捕集器８０内に導入される。一方、原料中に含まれる灰、砂またはガラス等の無機物は、スラグ（溶融灰）となり、ガス化炉９９内の下段領域に流れ落ち、スラグ排出管路３９を介して系外に排出される。

ここで、生成ガス中に含まれるチャーの捕集について説明する。湿式捕集器８０の容器８２内に導入された生成ガス中のチャーは、複数のノズル８１から噴霧される微細な水滴に捕捉されて下方に落下する。一方、生成ガスは、ノズル８１の周囲を通じて容器８２の頂部に達し、配管８７を介して系外に排出される。

チャーを含む水滴は、ガイド８４上に落下して中央の開口から流れ落ち、容器８２の底部に形成される攪拌部に滞留する。この攪拌部に流下した捕集液は、攪拌機８３により攪拌され、チャーと水とが混合されてスラリー状になる。このスラリーは、配管８８を介してポンプ９０に吸引され、配管８９を介してガス化炉９９内に再供給され、スラリーに含まれるチャーはガス化される。

なお、チャーを捕捉する水滴の大きさは、水滴径が小さい程、接触面積が増加し、捕捉しやすいが、小さすぎるとガイド８４に落下するまでに蒸発する場合があるため、これらを考慮した大きさに調整することが好ましい。

以上、本実施形態によれば、疎水性が強く、水に混ざり難いチャー粒子が水滴に湿式捕集され、容器８２の底部に落下した後、攪拌されることにより、チャーは水中に分散され、凝集を抑制することができる。これにより、例えば、湿式捕集器８０の出口近傍における閉塞を防止し、安定なチャーのリサイクルを行なうことができる。

また、本実施形態の湿式捕集器８０は、従来のロックホッパ方式とは異なり、チャーを湿式捕集する手段とスラリー化する手段が一体構造をなしているため、湿式捕集とスラリー化が同時に行なわれ、上記効果に加えて、設備の簡素化に伴うシステムの低コスト化が可能となる。

更に、チャーが分散されたスラリーがポンプで吸い込まれるので、例えば、供給配管内の立ち上がり部分等の閉塞を防止することができる。また、このようなスラリーが炉内に再供給されることにより、チャーのガス化が効率的に行なわれ、炭素転換率が向上し、高濃度の水素製造が可能となる。

なお、本実施形態においては、チャーの捕集手段として、水を生成ガスに噴霧する方法を適用しているが、これに限られるものではなく、例えば、濡れ壁に生成ガスを当てる方法や水中に生成ガスをくぐらせる方法を用いてもよい。また、本実施形態のガス化炉９９は、ガス化炉９９の上段および下段にバーナを配置した１室２段ガス化炉とし、生成ガスが旋回流を形成するように、バーナをガス化炉９９の接線方向に向けて配置してもよい。

本発明により、気流層方式のガス化炉を用い、固体燃料を気流搬送させてガス化炉へ供給するガス化装置において、ガス化炉から排出されたチャーを、ロックホッパを使用せず、かつスラリーにせずにガス化炉へ再供給することができるようになった。本発明のガス化装置は、極めて簡便な構造であるので、燃料ガスを利用する種々のプラント、例えば内燃機関やガスタービン等の発電設備、燃料ガス中の一酸化炭素と水素などから合成液化燃料を製造するプラント、アンモニア合成プラント、窒素肥料の合成プラントなどへの適用が期待できる。

本発明によるガス化装置の第一の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第二の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第三の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第四の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第五の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第六の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第七の実施例を示すブロック図である。 本発明によるガス化装置の第八の実施例を示すブロック図である。 本発明のガス化装置に使用される固体粉砕ミルの一例を示す概念図である。 チャースラリ中のチャー濃度と配管輸送の圧力損失の関係を示すグラフである。 固体燃料粉砕ミルに供給する水とチャーの混合物中のチャー濃度と、ガス化炉のガス転換効率を表す冷ガス効率との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態を示す石炭ガス化装置の概略図である。

符号の説明

１…原炭バンカ、２…ミル、８…ガス化炉、９…ガス冷却器、１０…脱水機、１３…水処理装置、１４…乾燥機、１９…粉砕ローラ、２２…乾式脱塵装置、２３…攪拌槽、２４…濃縮機、５１…原炭、５２…輸送管、５３…生成ガス、５４…粗製ガス、５５…洗浄水、５６…チャー輸送管、５７…ゲル状チャー、５８…ガス化剤、５９…微粉炭、６０…微粉炭、６１…乾燥用空気、６３…水輸送管、６４…乾燥チャー、６６…チャー、８０…湿式捕集器、８３…攪拌機、９０…ポンプ、９９…ガス化炉。

Claims (17)

1. 気流搬送された固体燃料をガス化剤と反応させてガス化するガス化炉と、前記固体燃料を前記ガス化炉へ投入するために貯蔵しておく固体燃料貯蔵器と、前記固体燃料貯蔵器より搬送された固体燃料を前記ガス化炉へ投入する前に粉砕する固体燃料粉砕機と、前記ガス化炉で生成された生成ガスに同伴して炉外へ排出された固体物を回収する固体物回収装置とを具備する固体燃料ガス化装置において、
   前記固体物回収装置として、少なくとも、前記生成ガスを水と直接接触させる方式の回収装置を備え、前記固体物回収装置にて回収された固体物と水の混合物を脱水してから前記固体燃料貯蔵器および前記固体燃料粉砕機の少なくとも一方に再供給するようにしたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。
2. 請求項１において、前記固体物回収装置で回収された固体物と水の混合物を前記固体燃料貯蔵器および前記固体燃料粉砕機の少なくとも一方に輸送するための輸送管を有し、前記輸送管の途中に脱水機が備えられていることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
3. 請求項２において、前記脱水機で固体物濃度が７０重量％以上になるように脱水された前記混合物が前記固体燃料粉砕機に再供給されることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
4. 請求項１において、前記固体物回収装置で回収された固体物と水の混合物を前記固体燃料貯蔵器に輸送するための輸送管を有し、前記輸送管の途中に脱水機と前記脱水機で脱水された混合物を乾燥させるための乾燥機が備えられていることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
5. 請求項１において、前記固体物回収装置として水接触方式の前記回収装置と乾式脱塵装置とが備えられ、これらの固体物回収装置で回収された固体物が混合され、前記固体燃料貯蔵器および前記固体燃料粉砕機の少なくとも一方に再供給されることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
6. 請求項５において、前記水接触方式の回収装置および前記乾式脱塵装置にて回収された固体物を混合するための攪拌槽が備えられていることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
7. 請求項１において、前記固体物回収装置にて回収された固体物と水の混合物を濃縮して固体物濃度を高める濃縮機と、前記濃縮機で濃縮された混合物を前記固体燃料貯蔵器および前記固体燃料粉砕機の少なくとも一方に輸送するための輸送管を備え、前記輸送管の途中に脱水機を備えたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。
8. 請求項７において、前記濃縮機で固体物濃度が２０〜３０重量％になるように濃縮された前記混合物が前記輸送管を通して前記脱水機に輸送されることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
9. 請求項１において、前記固体燃料粉砕機として複数個の粉砕ローラを有するミルが備えられ、前記固体物回収装置にて回収された固体物と水との混合物が前記粉砕ローラの数だけ分岐されて前記ミルに投入されるようにしたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。
10. 請求項２において、前記脱水機により分離された水を水接触方式の前記固体物回収装置に輸送するための水輸送管が備えられていることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
11. 請求項２において、前記脱水機により分離された水を処理して塩或いはチャーを除去する水処理装置が備えられ、前記水処理装置にて処理された水を水接触方式の前記固体物回収装置に輸送するための水輸送管が備えられていることを特徴とする固体燃料ガス化装置。
12. 気流搬送された固体燃料をガス化剤と反応させてガス化するガス化炉と、前記ガス化炉に投入される固体燃料を貯蔵しておく固体燃料貯蔵器と、前記固体燃料貯蔵器から搬送された固体燃料を前記ガス化炉に投入する前に粉砕する固体燃料粉砕機と、前記ガス化炉から炉外へ排出されたガス化炉生成ガスを水と直接接触させて冷却し生成ガスに同伴する固体物を回収する水接触式回収装置と、前記水接触式回収装置にて回収された固体物と水の混合物を前記固体燃料粉砕機へ輸送する配管と、前記配管を通して輸送される前記混合物を前記固体燃料粉砕機へ投入される前に脱水してゲル状固体物にする脱水機とを備えたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。
13. 気流搬送された固体燃料をガス化剤と反応させてガス化するガス化炉と、前記ガス化炉に投入される固体燃料を貯蔵しておく固体燃料貯蔵器と、前記固体燃料貯蔵器から搬送された固体燃料を前記ガス化炉へ投入される前に粉砕する固体燃料粉砕機と、前記ガス化炉から炉外へ排出されたガス化炉生成ガスを水と直接接触させて冷却し生成ガスに同伴する固体物を回収する水接触式回収装置と、前記水接触式回収装置で回収された固体物と水との混合物を前記固体燃料貯蔵器へ輸送する配管と、前記配管を通して輸送される前記混合物を前記固体燃料貯蔵器へ投入される前に脱水してゲル状固体物にする脱水機と、前記脱水機で得られたゲル状固体物を乾燥させる乾燥機とを備えたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。
14. 気流搬送された固体燃料をガス化炉でガス化剤と反応させてガス化するガス化工程と、前記ガス化炉の炉外へ排出されたガス化炉生成ガスに水を直接接触させて生成ガスに同伴する固体物を回収する固体物回収工程と、
    前記固体物回収工程で回収された固体物と水との混合物を脱水する脱水工程と、
    前記脱水工程で固体物濃度が高められた前記混合物を、固体燃料を貯蔵しておく固体燃料貯蔵器と固体燃料を粉砕する固体燃料粉砕機の少なくとも一方に投入する回収固体物輸送工程とを有することを特徴とする固体燃料ガス化方法。
15. 請求項１４において、前記脱水工程で脱水された混合物を前記固体燃料粉砕機に輸送する前記回収固体物輸送工程を有することを特徴とする固体燃料ガス化方法。
16. 請求項１４において、前記脱水工程で脱水された混合物を乾燥する乾燥工程を有し、前記乾燥工程で乾燥させた混合物を前記固体燃料貯蔵器に輸送する前記回収固体物輸送工程を有することを特徴とする固体燃料ガス化方法。
17. 請求項１４において、前記ガス化炉の負荷にかかわらず、前記固体物回収工程で回収した固体物の全量を前記固体燃料貯蔵器と前記固体燃料粉砕機の少なくとも一方に投入することを特徴とする固体燃料ガス化方法。

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