JP4923934B2 - 流動層ガス化方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機物燃料を流動層によりガス化する流動層ガス化方法及び装置に関するものである。

流動層燃焼炉及び流動層ガス化炉を用い、流動層ガス化炉でバイオマス、石炭などの有機物原料のガス化を行い、流動層ガス化炉で生成したチャーを流動層燃焼炉で燃焼させて流動媒体を加熱し、加熱した流動媒体を前記流動層ガス化炉に戻す流動層ガス化装置が提案されている（特許文献１等参照）。

図１０は上記特許文献１の流動層ガス化装置を示したもので、図中１は、流動層ガス化炉２で原料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であり、流動層燃焼炉１は、下部の風箱３に空気管４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。５は流動層燃焼炉１の流動層に補助燃料を供給する補助燃料管、６は流動層燃焼炉１内上部に設けた熱回収用の熱交換器である。

流動層燃焼炉１の上部は移送管７を介してサイクロンからなる分離器８に接続されており、該分離器８は外筒９と内筒１０からなり、移送管７から外筒９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１０から排出され、粒径の粗い未燃チャーと流動媒体１１は、分離器８に接続した降下管１２により下部の流動層ガス化炉２に供給されるようになっている。

流動層ガス化炉２は、分離器８で分離された流動媒体１１を導入する導入部１３と、原料供給ライン１４から供給された原料Ｍを流動媒体１１の熱でガス化するガス化部１５と、導入部１３とガス化部１５とを流動層１６内で連通して導入部１３からガス化部１５へ流動媒体１１を移送させる連通部１７と、導入部１３、連通部１７及びガス化部１５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１８とからなり、そのボックス部１８に水蒸気供給ライン１９が接続されている。尚、図１０において導入部１３とガス化部１５を連通部１７で分けているのは、ガス化部１５内で原料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２内の流動媒体１１が分離器８に逆流するのを防止するためのものである。

ガス化部１５で生成されるガスは、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大量の水蒸気、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）などが混在したガス化ガス２０であり、生成したガス化ガス２０は、排出管２１より回収器２２に導かれてガス化ガス２０中に同伴した微粉末２３が除去された後、内管２４から導出され、例えば、加圧された後ガスタービン等に供給される。

また、ガス化部１５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２５から流動層燃焼炉１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。
特開２００５−４１９５９号公報

しかし、従来の流動層ガス化装置においては、図１０の場合にも示してあるように、流動層ガス化炉２におけるガス化部１５の流動層１６上に原料Ｍを供給して流動加熱によってガス化を行うようにしており、このため、原料Ｍとして例えば石炭とバイオマスのような有機物原料を供給した場合には、原料Ｍはしばらく流動層１６上に滞留し、その間に加熱による水蒸気放出、熱分解が行われ、タールを多く含むガス化ガスが流動層１６上部の気相に放出される。このガス化ガスは大量の水蒸気を含むために昇温され難く、しかもこのガス化ガスは流動層１６内部の流動媒体１１との接触による熱履歴を更に受けることがないため、ガス中のタール分は分解されずにガス化ガス２０と共に排出管２１から排出されてしまうことになる。

このように、ガス化されない大量のタールがガス化部１５から排出されるため、ガス化部１５でのガス化率が低下してしまう問題があると共に、回収器２２の内管から取り出されるガス化ガス２０をタール除去装置に導いてタールを除去する際に、タール除去装置の負荷が増大するという問題がある。

一方、上記タールの発生を減少させる方法の１つとして、原料Ｍをスクリューフィーダ等により流動層１６の内部に供給することが考えられる。この方式によれば、原料Ｍと流動媒体との接触が高められることにより、タール分の生成を抑制できる効果が期待できる。しかし、この方式の場合には、スクリューフィーダ内で原料の熱分解が起こり、また水蒸気の流入・凝縮によって原料がスクリューフィーダ内で固化する問題があり、このためにスクリューフィーダを安定して運転できないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、有機物原料を高いガス化率でガス化して大量のガス化ガスを生成できるようにした流動層ガス化装置を提供しようとしてなしたものである。

請求項１の発明は、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して高速流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、
前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離して流動層ガス化炉に導入し流動層を形成し、流動層ガス化炉に供給した有機物原料をガス化してガス化ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化方法であって、
前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、有機物原料を第１室に供給し、第１室において水分が蒸発除去された有機物原料を前記第２室の流動層内部に導入するようにし、第２室において流動媒体との混合加熱によってタールを分解しつつ有機物原料のガス化を行うようにし、
前記第１室の水蒸気をエゼクタを介して流動層燃焼炉に供給すると共に、エゼクタに空気を供給して水蒸気を同伴させて流動層燃焼炉に導入する空気ファンを設け、更に第１室内の圧力を検出する圧力計を設け、該圧力計の検出圧力が設定圧力を保持するように前記空気ファンの空気供給量を制御することを特徴とする流動層ガス化方法である。

請求項２の発明は、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して高速流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、
前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離して流動層ガス化炉に導入し流動層を形成し、流動層ガス化炉に供給した有機物原料をガス化してガス化ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化装置であって、
前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、前記第１室には有機物原料を供給する原料供給装置を備え、第１室で有機物原料の水分が除去された有機物原料を前記第２室の流動層内部に供給するようにし、
前記第１室の水蒸気を流動層燃焼炉に供給する水蒸気管と、該水蒸気管に配置したエゼクタと、エゼクタに空気を供給して水蒸気を同伴させて流動層燃焼炉に導入する空気ファンと、第１室内の圧力を検出する圧力計と、該圧力計の検出圧力が設定圧力を保持するように前記空気ファンの空気供給量を制御する空気ファン制御器を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置である。

本発明の請求項１又は２に記載の流動層ガス化方法及び装置によれば、第１室に有機物原料を供給して流動媒体との接触により有機物原料の水分を蒸発させ、水分が除去された有機物原料を第２室に供給し、第２室において流動媒体との混合加熱によってタールを分解しつつ有機物原料のガス化を行うようにしたので、有機物原料は第２室において効果的にガス化されると共に、加熱によって生成するタールは高温の流動媒体との接触により分解されて低質化ガスとなるため、有機物原料のガス化率が大幅に向上し、大量のガス化ガスを効果的に生成することができ、しかも、生成するガス化ガスからタールを除去するための後処理の負荷も低減できるという優れた効果を奏し得る。

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。

図１、図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、基本的な構成は図１０と略同様であり、図１０と同一の部分には同じ符号を付して説明は省略し、以下では本発明の特徴部分についてのみ詳述する。

図１、図２の形態では、流動層１６を形成している流動層ガス化炉２は、内側上部から流動層１６内に亘って延びる分離壁３０を設けて第１室３１と第２室３２とを形成している。この時、流動層ガス化炉２の下部に水蒸気、空気等のガス化剤を導入するボックス部１８と前記分離壁３０の下端との間に、流動層１６内部を通して第１室３１と第２室３２とを連通する連通部３３が形成されている。前記第１室３１には有機物原料Ｍを供給するためのスクリューフィーダ等の原料供給装置３４を設けている。

上記構成によると、原料供給装置３４から第１室３１に供給された有機物原料Ｍは、流動層１６の流動媒体により加熱されて水分が除去される。水分が除去された有機物原料Ｍは白抜き矢印Ｍ'のように前記分離壁３０下部の連通部３３を潜るように通って第２室３２に導かれるため流動層１６の内部を通ることになり、有機物原料Ｍは流動媒体１１と良好に混合加熱されてガス化されるようになる。第２室３２で生成したガス化ガス３５はガス化ガス管３６により取出され、サイクロン等からなる固形分除去装置３７に導かれて固形分が除去された後、ガス処理装置３８を介してガス化ガス取出ファン３９に導かれるようになっている。

尚、前記第１室３１と第２室３２は、前記したように流動層ガス化炉２内に分離壁３０を設けることによって形成する以外にも形成することができる。例えば、図３に示すように、別体に構成した第１室３１と第２室３２を流動層１６内の下部位置で連通路４０により接続し、第１室３１で乾燥した有機物原料Ｍ及び流動媒体を、連通路４０を通して第２室３２に供給するようにしたり、図４に示すように、別体に構成した第１室３１と第２室３２を、第１室３１で乾燥した有機物原料Ｍと流動媒体がオーバーフロー管４１によって第２室３２の流動層１６内部に供給されるようにしたり、図５に示すように、流動層ガス化炉２内に区画壁４２を設け、且つ流動層１６内下部に連通部４３を設けるようにして第１室３１と第２室３２を形成するようにしてもよい。

図１の流動層燃焼炉１からの流動媒体と未燃チャーを含む排ガスは、移送管７によりサイクロンからなる分離器８に導かれて排ガスが分離され、排ガスは排ガス処理装置４４を介して排ガスファン４５に導かれるようになっている。

分離器８で分離された未燃チャーを含む流動媒体１１が降下する降下管１２には分配手段４６が設けてあり、該分配手段４６に接続した分配管４７，４８により前記第１室３１と第２室３２とに流動媒体１１を分配して供給するようにしている。

更に、前記第１室３１には、該第１室３１内上部の温度を検出する温度計４９が設置してあり、該温度計４９の検出温度が設定温度になるように前記分配手段４６により分配管４７，４８を介して第１室３１と第２室３２とに供給する流動媒体１１の供給量を制御する流動媒体制御器５０を設けている。ここで、前記流動媒体制御器５０に設定される設定温度は、例えば９００℃前後の高温に加熱されて供給される流動媒体１１が第１室３１に供給されることにより、有機物原料Ｍが加熱され水分が完全に除去されて乾燥される温度、例えば１００〜１４０℃の範囲の例えば１１０℃に設定する。

前記分配手段４６としては、図６に示すように降下管１２にコントロールダンパ５１を備えてダンパ角度を流動媒体制御器５０からの信号によって制御するようにしたものや、図７に示すように降下管１２から水平分岐した分配管４７，４８の水平部の夫々の内底部に空気を噴出するバブリング装置５２ａ，５２ｂを設け、各バブリング装置５２ａ，５２ｂに空気を供給する空気管５３ａ，５３ｂに設けた流量調節弁５４ａ，５４ｂの夫々の開度を流動媒体制御器５０からの信号によって制御するようにしたもの等を用いることができる。図７の場合はバブリング装置５２ａ，５２ｂからの空気の噴出を停止すると対応する分配管４７，４８への流動媒体１１の供給は停止され、空気の噴出を増加すると流動媒体１１の供給量は増加される。

図１の第１室３１の上部には、第１室３１内の水蒸気５５を排出するための水蒸気管５６が接続されており、該水蒸気管５６はガス処理装置５７を介して水蒸気排出ファン５８に接続されている。更に、第１室３１には該第１室３１内の圧力を検出する圧力計５９が設けてあり、該圧力計５９の検出圧力が設定圧力を保持するように前記水蒸気排出ファン５８による水蒸気５５の排出を制御するようにした排出ファン制御器６０を設けている。

図１に示した形態の作動を説明する。

図１の形態では、流動層ガス化炉２底部のボックス部１８に水蒸気、空気等のガス化剤を供給して流動層１６を形成した状態において、原料供給装置３４により第１室３１に有機物原料Ｍを供給する。この時、第１室３１内上部の温度を検出している温度計４９からの検出温度が流動媒体制御器５０に入力され、該流動媒体制御器５０は、前記温度計４９による第１室３１の検出温度が有機物原料Ｍの蒸発に適した設定温度（例えば１１０℃）になるように前記分配手段４６を調節して分配管４７，４８を介し第１室３１と第２室３２とに供給する流動媒体１１の供給量を制御する。

更に、この時、第１室３１内上部の圧力を検出している圧力計５９からの検出圧力が排出ファン制御器６０に入力され、該排出ファン制御器６０は、前記圧力計５９による検出圧力が第１室３１での有機物原料Ｍの乾燥に適した滞留時間になるように前記水蒸気排出ファン５８による水蒸気５５の排出を制御する。

従って、第１室３１に供給された有機物原料Ｍは、流動層１６の流動媒体１１により加熱されて水分が除去され、水分が除去された有機物原料Ｍは第１室３１の圧力により白抜き矢印Ｍ'のように分離壁３０下部の連通部３３を潜るように通って第２室３２に導かれる。

第２室３２に導かれる有機物原料Ｍは、前記連通部３３を通る際及び第２室３２内において流動層１６の流動媒体１１によって良好に混合加熱されるため、有機物原料Ｍは第２室３２において効果的にガス化されるようになると共に、加熱によって生成するタールは高温の流動媒体と接触しながら流動層１６内を上昇することにより分解されて低質化ガスとなる。従って、第２室３２での有機物原料Ｍのガス化率は大幅に高められ、大量のガス化ガス３５が生成されてガス化ガス管３６から取出されるようになる。又、上記したように第２室３２で生成されるガス化ガス３５中に含まれるタールが大幅に減少するため、ガス処理装置３８によってタールを除去するための後処理の負荷が低減できるようになる。

又、図１の形態では、第１室３１において有機物原料Ｍの加熱により発生する水蒸気５５を水蒸気管５６によって外部に排出するようにしているので、原料供給装置３４で水蒸気が凝縮し、凝縮水によって有機物原料が固着することで原料供給装置３４が閉塞するといった問題を防止することができ、更に、第１室３１の水蒸気５５を外部に排出しているため、従来のように流動層ガス化炉２内において有機物原料Ｍの加熱によって発生する水蒸気もガス化のための目標温度（例えば８００℃）まで加熱する必要がなく、従って、昇温のためのエネルギーを節減することができて、熱効率の向上を図ることができる。

図８は本発明の他の形態を示したもので、前記第１室３１の水蒸気５５を排出する水蒸気管６１を流動層燃焼炉１に供給するよう接続しており、該水蒸気管６１に調節弁６２を設け、前記第１室３１内の圧力を検出する圧力計５９からの検出圧力が設定圧力を保持するように前記調節弁６２の開度を制御するようにした調節弁制御器６３を設けている。

図８の形態においても、図２の形態と同様に、第１室３１に供給された有機物原料Ｍは第１室３１で水分が除去されて乾燥され、水分が除去された有機物原料Ｍは第２室３２に導かれてガス化されるので、有機物原料Ｍは第２室３２で効果的にガス化されると共に、タールも熱分解により低質化されるため、第２室３２での有機物原料Ｍのガス化率は大幅に向上し、大量のガス化ガス３５を生成できるようになる。

図９は本発明の更に他の形態を示したもので、前記第１室３１の水蒸気５５を排出する水蒸気管６１を流動層燃焼炉１に供給するよう接続しており、該水蒸気管６１にエゼクタ６４を設け、該エゼクタ６４に空気を供給して水蒸気５５を同伴させて流動層燃焼炉１に導入させる空気ファン６５を設け、前記第１室３１内の圧力を検出する圧力計５９からの検出圧力が設定圧力を保持するように前記エゼクタ６４に対する空気供給量を制御するようにした空気ファン制御器６６を設けている。

図９の形態においても、図２の形態と同様に、第１室３１に供給された有機物原料Ｍは第１室３１で水分が除去されて乾燥され、水分が除去された有機物原料Ｍは第２室３２に導かれてガス化されるので、有機物原料Ｍは第２室３２で効果的にガス化されると共に、タールも熱分解により低質化されるため、第２室３２での有機物原料Ｍのガス化率は大幅に向上し、大量のガス化ガス３５を生成できるようになる。

なお、本発明の流動層ガス化方法及び装置は、種々の有機物原料のガス化に用い得ること、その他、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。

本発明を実施する形態の一例を示すフローチャートである。 図１における流動層ガス化炉部の詳細説明図である。 本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の構成の一例を示す概略側面図である。 本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の他の構成例を示す概略側面図である。 本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の更に他の構成例を示す概略側面図である。 本発明における分配手段の一例を示す側面図である。 本発明における分配手段の他の例を示す側面図である。 本発明を実施する形態の他の例を示すフローチャートである。 本発明を実施する形態の更に他の例を示すフローチャートである。 従来の流動層ガス化装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

１ 流動層燃焼炉
２ 流動層ガス化炉
８ 分離器
１１ 流動媒体
１６ 流動層
３０ 分離壁
３１ 第１室
３２ 第２室
３３ 連通部
３４ 原料供給装置
３５ ガス化ガス
４６ 分配手段
４７，４８ 分配管
４９ 温度計
５０ 流動媒体制御器
５５ 水蒸気
５６ 水蒸気管
５７ ガス処理装置
５８ 水蒸気排出ファン
５９ 圧力計
６０ 排出ファン制御器
６１ 水蒸気管
６２ 調節弁
６３ 調節弁制御器
６４ エゼクタ
６５ 空気ファン
６６ 空気ファン制御器
Ｍ 有機物原料

Claims (2)

1. 有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して高速流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、
   前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離して流動層ガス化炉に導入し流動層を形成し、流動層ガス化炉に供給した有機物原料をガス化してガス化ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化方法であって、
   前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、有機物原料を第１室に供給し、第１室において水分が蒸発除去された有機物原料を前記第２室の流動層内部に導入するようにし、第２室において流動媒体との混合加熱によってタールを分解しつつ有機物原料のガス化を行うようにし、
   前記第１室の水蒸気をエゼクタを介して流動層燃焼炉に供給すると共に、エゼクタに空気を供給して水蒸気を同伴させて流動層燃焼炉に導入する空気ファンを設け、更に第１室内の圧力を検出する圧力計を設け、該圧力計の検出圧力が設定圧力を保持するように前記空気ファンの空気供給量を制御することを特徴とする流動層ガス化方法。
2. 有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して高速流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、
   前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離して流動層ガス化炉に導入し流動層を形成し、流動層ガス化炉に供給した有機物原料をガス化してガス化ガスを取り出すと共に、有機物原料のガス化によって生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化装置であって、
   前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、前記第１室には有機物原料を供給する原料供給装置を備え、第１室で有機物原料の水分が除去された有機物原料を前記第２室の流動層内部に供給するようにし、
   前記第１室の水蒸気を流動層燃焼炉に供給する水蒸気管と、該水蒸気管に配置したエゼクタと、エゼクタに空気を供給して水蒸気を同伴させて流動層燃焼炉に導入する空気ファンと、第１室内の圧力を検出する圧力計と、該圧力計の検出圧力が設定圧力を保持するように前記空気ファンの空気供給量を制御する空気ファン制御器を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置。

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