JP5130459B2 - Operation method of coal pyrolysis gasifier - Google Patents
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Description
本発明は、石炭を、高効率に、ガスまたはオイルへと転換し、有効利用を行うための石炭熱分解ガス化炉の操業方法に関するものである。 The present invention relates to a method for operating a coal pyrolysis gasifier for converting coal into gas or oil with high efficiency and making effective use.
石炭は、埋蔵量が豊富で、かつ、安価なエネルギー資源として、現在でも、その重要性を増しているが、石炭の併せ持つデメリット(固体であるため、ハンドリング性が悪い、硫黄等の不純物質が多い)を解決するための手段としてのクリーンコールテクノロジー、または、石炭転換技術の開発もまた加速している。 Coal is an abundant reserve and a low-priced energy resource that is still gaining importance today. However, the disadvantage of coal is that it is a solid (because it is solid, it has poor handling properties, impurities such as sulfur, etc. The development of clean coal technology or coal conversion technology as a means to solve many) is also accelerating.
特に、石炭を合成ガスへと転換する石炭ガス化技術は、従来の微粉炭焚きボイラー発電よりも発電効率を向上させることが可能な石炭ガス化複合発電(IGCC)への適用が可能なことから、注目を浴びている。石炭ガス化技術にも、固定床型、流動床型、気流床(噴流床)型等、いくつかの方式が存在するが、近年では、大型化が容易であり、石炭中の灰分をスラグ化することも可能な気流床型の石炭ガス化炉に注目が集まっている。 In particular, coal gasification technology that converts coal into synthesis gas is applicable to coal gasification combined power generation (IGCC), which can improve power generation efficiency over conventional pulverized coal-fired boiler power generation. , Attracting attention. There are several types of coal gasification technology, such as fixed bed type, fluidized bed type, and airflow bed (spouted bed) type. However, in recent years, it is easy to increase the size, and the ash content in coal is slagged. Attention has been focused on the air-bed type coal gasifier that can be used.
気流床型の石炭ガス化炉に関しても、いくつかの方式が存在するが、石炭をガス化炉へ投入する際に、気流搬送を採用した方式として、Shell、Prenflo、Hycol(Eagle)等の名称で呼ばれるタイプのガス化炉が、これまでに提案されている。 There are several types of gas bed type coal gasifiers, but names such as Shell, Prenflo, Hycol (Eagle), etc. have been adopted as methods of using air flow when coal is introduced into the gasifier. A gasifier of the type referred to above has been proposed so far.
例えば、特許文献1においては、一室のガス化炉内に2段に配置されたバーナーから、旋回流で石炭を吹き込む方式のガス化炉が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a gasification furnace in which coal is blown in a swirling flow from a burner arranged in two stages in a gasification furnace in one chamber.
特許文献2においては、コンバスタ部およびリダクタ部からなる石炭のガス化装置が提案されている。
特許文献3においては、石炭の熱分解によって生成するチャーを、ガス化部においてガス化し、ガス化部の上段に設置された熱分解部において、ガス化部で発生した高温ガス中に石炭を吹き込むことによって、ガス、タール、チャーを生産する石炭の熱分解ガス化方法が提案されている。
In
特許文献4においては、圧力10atm(1MPa)以上の高圧条件下において、ガス化炉および熱分解炉からなる気流床型の装置を用いて、石炭をガス化する方法および装置が提案されている。
一般的に、石炭ガス化炉の操業を立ち上げる(炉を起動する)場合、石炭のガス化(部分酸化、部分燃焼)反応を安定的(継続的)に起こし、かつ、ガス化炉、および、その後段の付帯設備内における結露(水の凝縮)、または、タールの凝縮、スラグの付着等のトラブルを回避するために、事前に、炉内および付帯設備内の予熱(昇温)操作を行うことが、必要不可欠である。 Generally, when starting up a coal gasification furnace (starting up the furnace), the coal gasification (partial oxidation, partial combustion) reaction is caused stably (continuously), and the gasification furnace, and In order to avoid problems such as condensation (condensation of water) or tar condensation, slag adhesion, etc. in the incidental equipment at the subsequent stage, preheating (temperature increase) operation in the furnace and incidental equipment is performed in advance. To do is essential.
予熱を実行するためには、容易な着火・燃焼が可能である石炭以外の気体または液体燃料を熱源とする専用のバーナー(予熱バーナー、昇温バーナー)を用いて、石炭投入開始前(ガス化開始前)に、炉内を、所定の温度にまで昇温することが必要である。予熱バーナーで使用される燃料としては、天然ガス(LNG)、液化石油ガス(LPG)などの気体燃料や、軽油、灯油、重油等の液体燃料が用いられる場合が多い。 In order to perform preheating, a dedicated burner (preheating burner, temperature rising burner) that uses a gas or liquid fuel other than coal, which can be easily ignited and burned, as the heat source is used before the start of coal injection (gasification). Before starting), it is necessary to raise the temperature in the furnace to a predetermined temperature. As the fuel used in the preheating burner, gas fuel such as natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG), and liquid fuel such as light oil, kerosene, and heavy oil are often used.
石炭ガス化炉は、その製品たるガス化ガスを利用する後段のサイド(ガスタービンによる発電、メタノール等の化学品合成)における高圧化のニーズや、ガス化炉の内容積をコンパクトにできるというメリットを享受するため、ある程度の加圧状態で運転されることが一般的である(ほとんどの石炭ガス化炉は、1MPa以上、通常は、2〜3MPa程度の圧力で運転されるケースが多い)。 Coal gasifiers have the advantage of being able to make the internal volume of gasifiers compact and the need for high pressure on the latter side (gas turbine power generation, synthesis of chemicals such as methanol) that uses the gasified gas that is the product. Therefore, it is common to operate under a certain pressure state (most coal gasification furnaces are often operated at a pressure of 1 MPa or more, usually about 2 to 3 MPa).
したがって、石炭ガス化炉の立ち上げ時においては、予熱操作のみならず、事前に、炉内の昇圧操作も、必然的に実施する必要がある。 Therefore, when the coal gasification furnace is started up, not only the preheating operation but also the pressure raising operation in the furnace must be performed in advance.
特許文献5においては、これら石炭ガス化炉の立ち上げに要する時間を短縮するために、ガス化炉内の予熱と昇圧を同時に行う石炭ガス化炉の操業方法が提案されている。
しかし、特許文献5に提案されている方法においては、予熱と昇圧を同時に実施するため、幅広い圧力条件において燃料を安定して燃焼させることが可能な特殊な構造を持つ予熱バーナーを使用する必要がある。この予熱バーナーは、複雑な高圧対応構造を有するが上に、高価であり、かつ、同時に、圧力の変化に応じて燃焼状態の緻密な運転制御を行うための複雑な制御機器も別途必要となるという問題があった。
However, in the method proposed in
また、予熱バーナーに付随する機器類(燃料昇圧コンプレッサー、燃焼空気コンプレッサー、各配管、バルブ等)に関しても、全て、昇圧実施下における運転が可能な、いわゆる、高圧仕様とする必要があるため、予熱に必要な設備に関するコストが一層高くなってしまうという、大きな問題があった。 In addition, all equipment associated with the preheating burner (fuel boosting compressor, combustion air compressor, each pipe, valve, etc.) needs to have a so-called high pressure specification that can be operated under pressure boosting. There was a big problem that the cost related to the necessary equipment would be even higher.
また、非特許文献1においては、別の石炭熱分解ガス化炉の立ち上げ方法が提案されている。すなわち、最初に、ガス化炉内が常圧(大気圧)の状態において、予熱バーナーによる予熱操作を開始し、所定温度までの昇温を行った後に、予熱を完了(予熱バーナーを消火)する。次に、石炭のガス化(および、熱分解)を開始し、それと同時に、炉内の昇圧操作を行う手順である。 In Non-Patent Document 1, another method for starting up a coal pyrolysis gasifier is proposed. That is, first, in a state where the gasification furnace is at normal pressure (atmospheric pressure), the preheating operation by the preheating burner is started, the temperature is raised to a predetermined temperature, and the preheating is completed (the preheating burner is extinguished). . Next, the gasification (and thermal decomposition) of coal is started, and at the same time, the pressure increase operation in the furnace is performed.
本方法によれば、予熱バーナー自体は、炉内が常圧(大気圧)状態における場合においてのみ使用することになるため、予熱バーナー自体、および、予熱バーナーに付帯する設備は、通常の常圧仕様ですむので、前述した方法に比較すると、大幅な簡素化およびコスト低減が可能となる。 According to this method, since the preheating burner itself is used only when the inside of the furnace is at normal pressure (atmospheric pressure), the preheating burner itself and the equipment attached to the preheating burner are used at normal normal pressure. Since the specification is sufficient, it is possible to greatly simplify and reduce the cost as compared with the method described above.
しかし、非特許文献1に係る方法においては、昇圧と並行して石炭のガス化(または、熱分解)を継続する必要がある。この際、炉内の圧力が上昇するにつれて、炉内各部におけるガス流速(線速度)は、徐々に低下する。 However, in the method according to Non-Patent Document 1, it is necessary to continue the gasification (or thermal decomposition) of coal in parallel with the pressure increase. At this time, as the pressure in the furnace increases, the gas flow velocity (linear velocity) in each part of the furnace gradually decreases.
当然、ガス化炉の設置に際しては、運転時の定常状態である昇圧後の常用の圧力条件下において、適切な炉内流速となるように設計されるため、ガス化を開始する常圧(大気圧)状態においては、定常時よりも、数倍から数十倍程度の極めて大きなガス流速となってしまう。このような定常よりも速いガス流速とすることは、ガス化炉に対し種々の問題を引き起こす可能性があり、好ましくない。 Naturally, when installing the gasification furnace, it is designed to have an appropriate furnace flow rate under normal pressure conditions after boosting, which is a steady state during operation. In the (atmospheric pressure) state, the gas flow rate is extremely large, several times to several tens of times that in the steady state. Such a gas flow rate faster than the steady state may cause various problems for the gasifier and is not preferable.
具体的には、ガス化炉内のガス化バーナーにおけるフレーム(火炎)が長くなることによって、バーナー対面の炉壁を損傷するトラブル、または、ガス化炉内で発生するスラグが、ガスに、大量に飛散同伴されることによって、ガス化炉出口付近、または、ガス化炉の後段部で発生するスラグ付着(スラッギング)トラブル等である。 Specifically, the flame (flame) in the gasification burner in the gasification furnace becomes longer, causing trouble that damages the furnace wall facing the burner or slag generated in the gasification furnace, It is a slag adhesion (slagging) trouble etc. which generate | occur | produces in the vicinity of a gasifier exit or the back | latter stage part of a gasifier by being entrained by.
なお、昇圧開始当初は、ガス化する石炭の供給量を少なくし、昇圧と共に石炭供給量を徐々に増加させることによって生成するガス化ガスの流量を制御することにより、炉内流速を、適切な範囲内に調整することも考えられるが、一般的な石炭供給フィーダーにおいて、供給量をターンダウンできる範囲には限界があるため(例えば、2MPa操業においては、昇圧開始直後の常圧時は1/20程度にターンダウンすることが必要となる)、昇圧中のすべての圧力条件下において、常に一定の流速で炉内を管理することは、実質的に不可能である。 At the beginning of pressurization, the flow rate of the gasification gas generated by controlling the flow rate of the gasification gas generated by decreasing the supply amount of coal to be gasified and gradually increasing the supply amount of coal with pressure increase, Although it is conceivable to adjust within the range, in a general coal supply feeder, there is a limit to the range in which the supply amount can be turned down (for example, in 2 MPa operation, 1 / It is virtually impossible to always manage the inside of the furnace at a constant flow rate under all pressure conditions during pressurization.
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、初期設備コストの低減を図りつつ、石炭の熱分解ガス化炉の安定かつ確実な立ち上げが可能な、石炭熱分解ガス化炉の操業方法を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for operating a coal pyrolysis gasifier capable of stably and reliably starting up a coal pyrolysis gasifier while reducing initial equipment costs. Is to provide.
本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、予熱と昇圧とガス化を3段階に分けて順次行うことで、上記課題を解決できることを見出した。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by sequentially performing preheating, pressurization, and gasification in three stages.
その際、昇圧段階において、炉内のガス温度は低下するので、ガス化の開始の際に、安定的に着火するかどうかが懸念されたが、ガス化室の炉壁は、耐火材または過去の試験において付着したスラグによって構成されるため、蓄熱性能が高く、炉壁自体の温度は急激には低下せず、昇圧が完了した後にガス化を行っても、ガス化室に投入された石炭および酸素は、炉壁の保有する顕熱によって瞬時に加熱され、着火することを見出し、本発明を完成した。 At that time, since the gas temperature in the furnace decreases in the pressure-up stage, there was a concern about whether or not to stably ignite at the start of gasification. Because it is composed of slag adhering in this test, the heat storage performance is high, the temperature of the furnace wall itself does not drop rapidly, and even if gasification is performed after the pressurization is completed, the coal put into the gasification chamber It was found that oxygen and oxygen were instantaneously heated by the sensible heat of the furnace wall and ignited, and the present invention was completed.
上記目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。 The configuration of the present invention for achieving the above object is as follows.
(1)下部に予熱部を有する下段のガス化室と、当該ガス化室にスロート部を介して接続される上段の熱分解改質室とからなる二室二段構造を有し、かつ、運転圧力が1MPa(ゲージ圧)以上である石炭熱分解ガス化炉を用い、前記ガス化室に、石炭およびチャーの内の1種または2種を、酸素と共に吹き込み、部分酸化反応を起こさせることによって、水素、一酸化炭素、水蒸気、および、二酸化炭素を主成分とするガス化ガスを発生させると共に、その後段の前記熱分解改質室に石炭を吹き込み、前記ガス化炉から流入するガス化ガスの顕熱を利用して前記熱分解改質室内の石炭を熱分解し、ガス、オイル、および、チャーを生成させる石炭熱分解ガス化炉の操業方法であって、前記石炭熱分解ガス化炉の立ち上げ時において、先ず、前記予熱部内に設置した常圧仕様の予熱バーナーを用いて、前記石炭熱分解ガス化炉内を予熱し、当該予熱の完了により前記予熱バーナーを停止した後、次に、前記石炭熱分解ガス化炉を昇圧し、当該昇圧の完了後に、前記ガス化部に石炭、チャーの内の1種または2種を酸素と共に吹き込み、前記熱分解改質室に石炭を吹き込むことを特徴とする石炭熱分解ガス化炉の操業方法。 (1) having a two-chamber two-stage structure comprising a lower gasification chamber having a preheating portion at the lower portion and an upper pyrolysis reforming chamber connected to the gasification chamber via a throat portion; Using a coal pyrolysis gasification furnace with an operating pressure of 1 MPa (gauge pressure) or more and blowing one or two of coal and char together with oxygen into the gasification chamber to cause a partial oxidation reaction. Gasification gas mainly containing hydrogen, carbon monoxide, water vapor, and carbon dioxide is generated, and coal is blown into the pyrolysis reforming chamber in the subsequent stage to flow into the gasification furnace. A method for operating a coal pyrolysis gasification furnace that thermally decomposes coal in the pyrolysis reforming chamber using gas sensible heat to generate gas, oil, and char, the coal pyrolysis gasification When starting up the furnace, After preheating the inside of the coal pyrolysis gasification furnace using a normal pressure preheating burner installed in the preheating section and stopping the preheating burner upon completion of the preheating, the coal pyrolysis gasification is then performed. Pressurizing the furnace, and after completion of the pressurization, coal pyrolysis is performed by blowing one or two of coal and char together with oxygen into the gasification section and blowing coal into the pyrolysis reforming chamber. How to operate the gasifier.
(2)前記予熱部は、前記ガス化室内に設置されるスラグタップを介して仕切られていると共に、前記予熱部内には、スラグタップを加熱し保温するためのスラグタップバーナーが設置されていることを特徴とする前記(1)に記載の石炭熱分解ガス化炉の操業方法。 (2) The preheating unit is partitioned through a slag tap installed in the gasification chamber, and a slag tap burner for heating and keeping the slag tap is installed in the preheating unit. The method for operating a coal pyrolysis gasifier as described in (1) above.
(3)前記石炭熱分解ガス化炉の立ち上げ時において、前記スラグタップバーナーを燃焼させ、当該燃焼によって発生する燃焼排ガス中に、未反応の酸素が含有される状態とした後に、前記ガス化部へ、石炭およびチャーの内の1種または2種を酸素と共に吹込むことを特徴とする前記(2)に記載の石炭熱分解ガス化炉の操業方法。 (3) When the coal pyrolysis gasification furnace is started up, the slag tap burner is burned, and after the exhaust gas generated by the combustion is brought into a state in which unreacted oxygen is contained, the gasification is performed. The method for operating a coal pyrolysis gasifier according to (2) above, wherein one or two of coal and char are blown into the part together with oxygen.
(4)前記スラグタップバーナーの燃焼排ガス中に、未反応の酸素が含有される状態とする手段が、前記スラグタップバーナーに供給される酸素量を、理論燃焼酸素量以上とすることであることを特徴とする前記(3)に記載の石炭熱分解ガス化炉の操業方法。 (4) The means for bringing unreacted oxygen into the combustion exhaust gas of the slag tap burner is to make the amount of oxygen supplied to the slag tap burner equal to or greater than the theoretical combustion oxygen amount. The method for operating a coal pyrolysis gasifier as described in (3) above.
本発明により、初期設備コストの低減を図りつつ、石炭熱分解ガス化炉の安定かつ確実な立ち上げおよび操業が可能となる。 The present invention enables stable and reliable start-up and operation of a coal pyrolysis gasification furnace while reducing initial equipment costs.
以下、本発明を詳細に説明する。図1に、本発明に関するプロセスフローを示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a process flow relating to the present invention.
本発明の石炭熱分解ガス化炉1は、内部反応の異なる二室から構成され、各々の部屋へ、石炭および/またはチャー等の炭素質原料を投入する二段吹き込み型構造であることを特徴とする。すなわち、下段は、酸素をガス化剤とする部分酸化反応によって、石炭等をガス化するためのガス化室2とし、その上段に、ガス化室2において発生した高温のガス化ガス中に石炭を吹き込むことによって熱分解反応を起こさせる熱分解改質室3を設置する。
The coal pyrolysis gasification furnace 1 of the present invention is composed of two chambers having different internal reactions, and has a two-stage blow type structure in which carbonaceous raw materials such as coal and / or char are introduced into each chamber. And That is, the lower stage is a
また、ガス化室2と熱分解改質室3の間を、それぞれの炉径よりも狭まったスロート部4(絞り部)で区切ることによって、内部で生じる反応、温度といった両者の条件を、それぞれ、別々に管理することが容易になるようにする。
Further, by dividing the
熱分解改質室3へ吹き込まれた石炭、または、熱分解改質室3内において発生したチャーは、熱分解改質室3内をある一定時間内滞留している状態となるが、スロート部4におけるガス流速を適切に管理することによって、ガス化部への落下を防止することが可能となる。
The coal blown into the
ガス化室2は、上部のガス化部2aとスラグタップを介する下部の予熱部5に分けられている。予熱部5は、ガス化部2aにおいて生成したスラグを、ガス化部内から抜き出すために、ガス化部2aの底部に設けられた排出口(スラグタップ6)を介して、ガス化部2aと連結されており、スラグタップ6から抜き出されたスラグは、予熱部の更に下部の水砕部(スラグポット7)内に貯蔵される。
The
予熱部5内には、スラグタップバーナー9を設置し、随時スラグタップ6の保温を実施することによって、スラグタップ6におけるスラグの閉塞トラブルを回避する。スラグタップバーナー9で用いる燃料10−1として、ガス系、液体系の任意の燃料が使用可能であるが、少量の燃料供給量で効率良く高温にスラグタップ6を保温するために、燃焼用酸化剤としては、空気でなく、酸素11−1を用いることが望ましい。
A
なお、スラグタップバーナー9は、局所的な保温を目的とするため、後述する予熱バーナー12と比較して、小さな燃焼容量(1/3以下)のバーナーを設置すればよい。スラグタップバーナー9を設置しないケースも選択し得るが、スラグタップ6における閉塞トラブルが発生する可能性を完全に排除するためには、スラグタップバーナー9を設置することが望ましい。
In addition, since the
予熱部5内には、設備の立ち上げ時における予熱を実施するための予熱バーナー12が設置される。予熱バーナー12をガス化部2a内へ設置することも不可能ではないが、予熱バーナーは、石炭のガス化実施時には停止した状態であるため、ガス化の際に発生したスラグが、バーナーノズルや吐出口に付着し、毎回の設備立ち上げ時に、それらの清掃除去を行う手間が生じるため、予熱バーナー12は、予熱部5内に設置することが望ましい。
In the
設備の立ち上げにあたり、石炭熱分解ガス化炉1内が昇圧されていない常圧(大気圧)状態において、予熱バーナー12に点火し、炉体および後段の付帯設備の予熱を実施する。
In starting up the facility, the preheating
なお、本発明において、予熱バーナー12を使用する(燃焼する)圧力条件としての常圧状態とは、大気圧(101325Pa=絶対圧)のことを指し示すこととするが、予熱バーナー12を炉内で燃焼させ、その燃焼排ガスが炉内に滞留することによって生じる圧力上昇分も、常圧状態の範囲内に含まれる。
In the present invention, the normal pressure state as the pressure condition for using (combusting) the
予熱バーナー12の燃料10−2としては、ガス(気体)系の燃料である天然ガス(LNG)、都市ガス、液化石油ガス(LPG)、コークス炉ガス(COG)、転炉ガス(LDG)、高炉ガス(BFG)等、または、液体系の燃料である軽油、灯油、重油等、何を使用しても構わない。
As the fuel 10-2 of the
本予熱バーナーは、常圧状態においてのみ使用するため、ガス系燃料を昇圧するための圧縮機(コンプレッサー)は必要なく、工場毎に配管で供給されるガス圧力で賄うことが可能である。 Since this preheating burner is used only in the normal pressure state, a compressor (compressor) for boosting the gas fuel is not necessary, and it can be covered by the gas pressure supplied by piping for each factory.
勿論、ガス供給圧力は各工場によって異なるため、一概に規定はできないが、一般的な工場圧力(高圧ガス保安法の適用を受けない1.0MPa(ゲージ圧)未満の圧力)であれば充分である。 Of course, the gas supply pressure varies from factory to factory, so it cannot be defined unconditionally, but general factory pressure (pressure less than 1.0 MPa (gauge pressure) not subject to the High Pressure Gas Safety Law) is sufficient. is there.
圧縮機を必要としないということは、タールを多く含有するコークス炉ガス等、通常の圧縮機ではタールの凝縮、付着等に起因するトラブルが発生するために昇圧することができない種類のガスを、予熱バーナー用燃料10−2として使用することができるということであり、この点も有利な点となる。 The fact that a compressor is not required means that the type of gas that cannot be boosted due to troubles caused by condensation, adhesion, etc. of tar in a normal compressor, such as coke oven gas containing a large amount of tar, This means that it can be used as the preheating burner fuel 10-2, which is also an advantageous point.
また、液体系の燃料を用いる場合には、燃料を貯蔵するタンクの設置が、いずれにしても、必要となるが、液体燃料を昇圧するためのポンプは、0.01〜0.5MPa程度の低圧仕様のものを使用すればよいので、設備コストおよび運転動力削減の観点から有利である。 In addition, when using liquid fuel, it is necessary to install a tank for storing the fuel anyway, but the pump for boosting the liquid fuel has a pressure of about 0.01 to 0.5 MPa. Since it is sufficient to use a low-pressure specification, it is advantageous from the viewpoint of equipment cost and reduction of operating power.
燃料10−2と共に予熱バーナー12へ供給する燃焼用空気13に関しても、工場配管から直接供給を行えばよい。また、燃焼用空気13を工場配管からの供給とはせずに、専用のブロアーを設置する場合に関しても、0.01〜0.5MPa程度の低圧仕様のものを使用すればよい。
The
予熱バーナー12へ供給される流量は、燃料10−2よりも燃焼用空気13の方が圧倒的に多いため、燃焼用空気13を比較的低圧までの昇圧で抑えられることは、設備コストおよび運転動力削減の観点から、極めて好適である。
Since the
このように、石炭熱分解ガス化炉1内が昇圧されていない常圧の状態でのみ使用し、燃料10−2および燃焼用空気13を供給する配管、および、必要に応じて設置されるコンプレッサー、ブロアー、ポンプ類等を石炭熱分解ガス化炉1の運転圧力以下の低圧仕様とするタイプの予熱バーナー12を、常圧仕様の予熱バーナー12と定義する。
As described above, the pipe for supplying the fuel 10-2 and the
逆に、石炭熱分解ガス化炉1内を、常圧から運転圧力(昇圧後)までの範囲内で使用するため、燃料10−2および燃焼用空気13を供給するための高圧配管、および、石炭熱分解ガス化炉1の運転圧力よりも高い圧力にまで、それらを昇圧するための高圧仕様のコンプレッサー、ブロアー、ポンプ類を設置する必要があるタイプの予熱バーナー12を、高圧仕様の予熱バーナー12と定義する。
Conversely, in order to use the inside of the coal pyrolysis gasification furnace 1 within the range from the normal pressure to the operating pressure (after pressure increase), high-pressure piping for supplying the fuel 10-2 and the
この後、予熱バーナー12の燃焼を継続することによって、当初定められた目標とする温度にまで、ガス化部2a内、および、その後段の付帯設備内は、昇温される。この際の目標温度は、炉体または設備を構成する材質、使用する石炭の種類等によっても異なるが、ガス化部2a内の温度は、石炭中の炭素が着火し、酸素とのガス化反応が確実に進行する600℃以上の温度、また、ガス化部2a後段の付帯設備(熱分解改質室含む)内に関しては、発生するタールの凝縮・付着を抑制できる400℃以上の温度とすることが望ましい。
Thereafter, by continuing the combustion of the
炉内および付帯設備内が目標とする温度にまで到達した後、まず、スラグタップバーナー9を点火し、その次に、予熱バーナー12を消火する。なお、スラグタップバーナー9は、予熱バーナー12を消火した後に点火しても構わないが、通常スラグタップバーナー9は、点火用プラグを常備していない場合が多いため、確実なスラグタップバーナー9への点火を行うためには、予熱バーナー12の消火前に、スラグタップバーナー9を点火しておくことが望ましい。
After reaching the target temperature in the furnace and the incidental equipment, first, the
予熱バーナー12を消火するのと同時に、昇圧を開始する。昇圧は、スラグタップバーナー9の燃焼排ガスおよび別途供給される昇圧用窒素14によって実施される。この際、予熱によって昇温した石炭熱分解ガス化炉1をはじめとする設備内は、昇圧用窒素14の導入および放熱によって、再度冷却されてしまうため、設備の仕様上許容可能な範囲で、昇圧は、可能な限り短時間で行うことが望ましい。
At the same time as the
なお、昇圧用窒素14を導入せずに、スラグタップバーナー9の燃焼排ガスのみを用いて、設備の昇圧を行うことも可能ではあるが、昇圧に要する時間が長くなってしまうため、昇圧用窒素14を使用して昇圧することが好ましい。
Although it is possible to boost the equipment using only the flue gas of the
なお、昇圧用窒素14の導入位置は、特に規定しないが、昇圧中のガス化部2a内の温度低下を最小限とするために、ガス化部2a内に、スラグタップバーナー9の燃焼排ガスが優先的に滞留するようにする(コールドな昇圧用窒素14の影響を最小限にする)ことが望ましい。
The introduction position of the
従って、昇圧用窒素14は、予熱部5またはガス化部2aへ導入するのではなく、熱分解改質室3または石炭熱分解ガス化炉1出口近傍、または、それ以降の任意の場所から導入することが好適である。
Accordingly, the boosting
また、石炭熱分解ガス化炉1内の圧力調整は、石炭熱分解ガス化炉1の後段に設置される圧力調整弁15の開度調整によって実施される。
Moreover, the pressure adjustment in the coal pyrolysis gasification furnace 1 is performed by adjusting the opening degree of the
なお、スラグタップバーナー9を使用する際は、予熱バーナー12とは異なり、高圧仕様とする必要がある。しかし、前述の通り、スラグタップバーナー9の燃焼容量は、予熱バーナー12のそれよりも大幅に小さいため、燃料10−1を昇圧させるためのコンプレッサー等も、小規模のものを設置すればよい。
In addition, when using the
更に、燃焼用酸化剤として使用する酸素11−1に関しては、ガス化のガス化剤(酸化剤)として使用する酸素11−2を、一部、分岐して使用すればよく、新たに、スラグタップバーナー9用の酸化剤投入設備を設置する必要はないため、予熱バーナー12を高圧仕様とするケースと比較すると、バーナーおよび付帯設備コストは、大幅に安価で済む。
Furthermore, regarding the oxygen 11-1 used as the oxidant for combustion, the oxygen 11-2 used as the gasification gasifying agent (oxidant) may be partially branched and used as a slag. Since it is not necessary to install an oxidizer charging facility for the
石炭熱分解ガス化炉1内を、運転時の常用の圧力(1.0MPa以上、ゲージ圧)にまで昇圧した後、ガス化部2aにおいて、石炭のガス化を開始する。すなわち、石炭16−1をガス化剤たる酸素11−2と共に、ガス化バーナー17からガス化部2a内へ吹き込み、部分酸化(部分燃焼)反応を起こさせることによって、石炭16−1をガス化ガス18(主成分は、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、水蒸気(H2O)、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4))へと転換する。
After raising the inside of the coal pyrolysis gasification furnace 1 to a normal pressure during operation (1.0 MPa or more, gauge pressure), the
前述した通り、昇圧中は、ガス化部2a内部に滞留するガスの平均温度は、急激に低下するが、充分に蓄熱されて冷めにくいガス化部2aの炉壁(耐火材)自体の温度は、それ程、急激には低下しないので、ガス化部2a内を1000℃にまで予熱を行った場合、予熱バーナー12を停止してから4時間以内程度であれば、ガス化部2aに投入された石炭16−1および酸素11−2は、炉壁の保有する顕熱によって瞬時に加熱され、着火して、石炭のガス化反応(部分酸化反応)が開始する。
As described above, during the pressurization, the average temperature of the gas staying in the
しかし、予熱バーナー12を停止してからガス化部2aにおけるガス化を開始するまでに、目安となる4時間よりも長い時間が経過してしまい、炉壁温度自体が、石炭が着火するのに必要な温度以下となってしまった場合、または、予熱バーナー12を停止してからガス化を開始するまでの時間が4時間以内であっても、昇圧中に炉内へ吹き込む昇圧用窒素14の吹き込み量、吹き込み位置等の関係から、炉壁表面が冷却され易い条件である場合等、ガス化部へ吹き込まれた石炭が着火しない(ガス化反応が起こらない)ケースも存在し得る。
However, since the
そのようなケースも想定し、あらゆる場合に、石炭16−1を確実に着火させるための手段として、以下の方法を採用する。すなわち、スラグタップバーナー9からの燃焼排ガス中に未反応の酸素を混入することによって、燃焼排ガスと同様の温度状態(常温ではなく、加熱された状態)の酸素を存在させ、この加熱によって、反応性が高められた酸素と石炭16−1を接触させることによって、確実に、石炭を着火させる方法である。
Assuming such a case, the following method is adopted as means for reliably igniting the coal 16-1 in all cases. That is, by mixing unreacted oxygen into the flue gas from the
スラグタップバーナー9からの燃焼排ガス中に未反応の酸素を混入する方法としては、スラグタップバーナー9に供給される酸素11−1の量を、同じく、スラグタップバーナー9へ供給される燃料10−1に対する理論燃焼酸素量以上とすることによって、燃焼排ガス中に、未反応(余剰)の酸素が存在するようにすることが好適である。
As a method of mixing unreacted oxygen into the combustion exhaust gas from the
勿論、スラグタップバーナー9への酸素供給量は、燃料に対する理論燃焼酸素量としたままで、スラグタップバーナー9以外に別途設置したノズル等から酸素を供給することによって、燃焼排ガス中に未反応の酸素が存在するように調整してもよいが、専用の酸素供給ノズルを設けることは、設備コストの増加の要因となり、かつ、燃焼排ガスと別途供給された酸素が上手く混合せずに、せっかく添加した酸素の温度が充分に上昇しない場合も想定されるので、スラグタップバーナー9における酸素供給量を、理論燃焼酸素量以上とすることが望ましい。
Of course, the oxygen supply amount to the
この際、スラグタップバーナー9における酸素供給量は、酸素比1.1以上とすることが望ましい(理論燃焼酸素量の場合の酸素比を1.0と定義する)。1.1より低い酸素比では、燃焼排ガス中の酸素分圧が低すぎて、石炭が、直ちに着火しない可能性があるため、望ましくない。
At this time, the oxygen supply amount in the
また、燃焼排ガス(未反応酸素の存在した状態)の理論燃焼温度(断熱火炎温度)が1000℃以上となるように、スラグタップバーナー9における燃焼条件(燃料種類、酸素比等)を調節することが望ましい。理論燃焼温度が1000℃より低い場合、ガス化部2aへ導入され、石炭と接触する時点の燃焼排ガス温度が、放熱によって炭素の発火点である600℃以下にまで低下してしまう恐れもあるので、燃焼排ガスの理論燃焼温度は、1000℃以上であることが好ましい。
Also, the combustion conditions (fuel type, oxygen ratio, etc.) in the
二室二段構造の石炭ガス化熱分解炉1の下段であるガス化室2において発生したガス化ガス18は、スロート部4を介して、ガス化部2aと直結している上段の熱分解改質室3へ直ちに導入される。ガス化ガス18中には、10〜35体積%程度の水素が、当初より含有されているが、熱分解改質室3内における石炭の水素化熱分解反応を促進するためには、別途、水素含有ガス19を熱分解改質室3内へ添加することによって、水素濃度を更に高めてやってもよい。
The
ガス化部2aの温度(反応温度)に関しては、1200℃より低いと、石炭が充分にガス化せず、かつ、スラグを連続的に安定してガス化部2a底部のスラグタップ6より抜き出すこともできなくなり、一方、1700℃を超えると、ガス化部2aの炉壁の寿命を極度に短縮し、かつ、放熱による熱損失も増加するので、1200℃〜1700℃とすることが好ましい。
Regarding the temperature (reaction temperature) of the
ガス化部2aの圧力は、ガス化反応速度を促進し、かつ、ガス化部2aをコンパクトにするために、1.0MPa(ゲージ圧)以上とすることが好ましい。圧力の上限は、特に定めないが、必要以上の高圧とすることによる設備コストの上昇を防ぐため、また、最終のプロセス製品(ガス、オイル)を発電用燃料(ガスタービン燃料)または化学原料として使用する場合、製品側に要求される圧力は2〜3MPa(ゲージ圧)程度であることが一般的なため、5.0MPa(ゲージ圧)以下とすることが好ましい。
The pressure of the
また、この際、ガス化部2a内の温度制御(過昇温防止)の目的も兼ねて、ガス化剤として水蒸気20−1を酸素11−2と併用してもよい。
At this time, water vapor 20-1 may be used in combination with oxygen 11-2 as a gasifying agent for the purpose of temperature control (preventing excessive temperature rise) in the
二室二段構造の石炭ガス化熱分解炉1の下段であるガス化室2において発生したガス化ガス18は、スロート部4を介して、ガス化室2と直結している上段の熱分解改質室3へ直ちに導入される。
The
熱分解改質室3内において、石炭ノズル21から吹き込まれた微粉状の石炭16−2は、先の高温のガス化ガス18と混合されることによって、ガス化ガス18の持つ顕熱を熱源として、急速加熱および熱分解される。
In the
まず、反応の最初に起きる熱分解一次反応で、石炭は、熱分解ガス(主成分はH2、CO、CO2、H2O、炭化水素ガス)、重質分であるベンゼン環が3環以上の多環芳香族が成分の大半を占めるタール、固体のチャーへと分解される。 First, in the primary pyrolysis reaction that occurs at the beginning of the reaction, coal consists of pyrolysis gas (main components are H 2 , CO, CO 2 , H 2 O, hydrocarbon gas), and 3 heavy benzene rings. The above polycyclic aromatics are decomposed into tar and solid char which occupy most of the components.
これらの熱分解反応生成物は、引き続き、熱分解二次反応によって、熱分解ガス中の炭化水素ガスは、更に低分子量の炭化水素ガス(CH4、C2H6、C3H8、C2H4、C3H6等)へ、また、タールは、ガス(主成分は、H2、CO、CO2、H2O、炭化水素ガス)またはBTX、ナフタレンのようなベンゼン環が1〜3環程度の軽質分が成分の主体を占めるオイルへと分解される。 These pyrolysis reaction products are subsequently subjected to a pyrolysis secondary reaction, and the hydrocarbon gas in the pyrolysis gas is further converted into hydrocarbon gases of lower molecular weight (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 2 H 4 , C 3 H 6, etc.) and tar is a gas (main components are H 2 , CO, CO 2 , H 2 O, hydrocarbon gas) or a benzene ring such as BTX or naphthalene. The light component of about 3 rings is decomposed into oil which occupies the main component.
熱分解改質室3が高温の条件下において、タールは、すべてガスへと熱分解される。この場合の高温条件は、石炭の種類によっても異なるが、1000℃以上の温度であれば、ほぼすべてのタールは、ガスへと分解することが一般的である。
All tars are pyrolyzed into gas under conditions where the
また、チャーの一部も、(1)式において示される水素化反応によって、CH4を主とする炭化水素ガス、または、(2)および(3)式において示されるガス化反応によって、COまたはH2へと転換される。 In addition, a part of the char is also converted into a hydrocarbon gas mainly containing CH 4 by the hydrogenation reaction shown in the formula (1), or CO or It is converted to H 2.
C(チャー) + H2 → 低分子炭化水素ガス(CH4等) …(1)
C(チャー) + CO2 → 2CO …(2)
C(チャー) + H2O → CO + H2 …(3)
C (Char) + H 2 → Low molecular hydrocarbon gas (CH 4 etc.) (1)
C (Char) + CO 2 → 2CO (2)
C (Char) + H 2 O → CO + H 2 (3)
これらのチャーに関する反応の中で、(3)式の水蒸気によるガス化反応は、ある一定の反応条件(温度、圧力)において、他の2つの反応よりも、数倍以上反応速度が速いため、熱分解改質室3内におけるチャーの生成量を削減する最も効果的な反応である。
Among the reactions related to these chars, the gasification reaction with water vapor of the formula (3) has a reaction rate several times faster than the other two reactions under certain reaction conditions (temperature, pressure). This is the most effective reaction for reducing the amount of char generated in the
また、本発明のように、石炭が急速に加熱(100℃/sec以上)されて生成したチャーは、比較的低温度域(700〜1100℃)においても、これらのガス(H2、CO2、水蒸気)との反応性が極めて優れている活性なチャーであるため、更に、水蒸気ガス化反応を生じさせるのに好適である。 Further, as in the present invention, char produced by rapid heating (100 ° C./sec or more) of coal is produced by these gases (H 2 , CO 2 ) even in a relatively low temperature range (700 to 1100 ° C.). Since it is an active char that is extremely excellent in reactivity with water vapor), it is suitable for causing a water vapor gasification reaction.
熱分解改質室3内において、チャーと反応させるための水蒸気は、ガス化部2aから導入されるガス化ガス18中の成分として供給される。また、チャーの水蒸気ガス化反応に関する反応速度は、圧力、温度、水蒸気濃度の上昇に伴って大きくなる。
In the
従って、ある一定の圧力、温度条件下において、可能な限り短い反応時間内でガス化反応を促進し、チャー生成量を更に削減するために、熱分解改質室内へ、別途、ダイレクトに、水蒸気20−2を添加して、熱分解改質室3内の水蒸気分圧を高めてやってもよい。
Therefore, in order to promote the gasification reaction within a reaction time as short as possible under a certain pressure and temperature condition, and further reduce the amount of char formation, a separate steam directly into the pyrolysis reforming chamber. 20-2 may be added to increase the steam partial pressure in the
また、ガス化ガス18中には、10〜35体積%程度の水素が、当初より含有されているが、熱分解改質室3内における石炭の水素化熱分解反応を促進するために、別途、水素含有ガス19を熱分解改質室3内へ添加することによって、水素濃度を更に高めてやってもよい。
The
熱分解改質室3におけるガスの滞留時間は、ガスまたはタールが充分に熱分解二次反応され、かつ、必要以上に炉のサイズが大きくならない程度(0.5〜10sec)とすることが望ましい。
The residence time of the gas in the
一方、一般的に、熱分解されて生成したチャーは、ガスよりも長時間炉内へ滞留するが、特に、本発明において、チャーと水蒸気との反応を充分に進行させるためには、チャーの滞留時間ができるだけ長くなるように、すなわち、チャーが、熱分解改質室3内において、ある程度滞留するように、熱分解改質室3内の上向きのガス流速を制御することが重要である。その際の適切な流速は、チャーの性状(比重、粒径等)によっても異なるが、0.1〜10m/sec程度とすることが好適である。
On the other hand, in general, char generated by pyrolysis stays in the furnace for a longer time than gas. In particular, in the present invention, in order to sufficiently advance the reaction between char and water vapor, It is important to control the upward gas flow rate in the
なお、ガス流速が0.1m/secよりも小さな場合には、チャーは、上向きのガスにほとんど気流同伴されず、ガス化部の方へ落下してしまう。また、逆に、10m/secよりも大きな場合には、チャーは、ほとんど熱分解改質室3内へ滞留せずに、ガスとほぼ同じ滞留時間内において、炉から放出されてしまうため、チャーのガス化反応を促進させる観点からは、熱分解改質室3内のガス流速は0.1〜1m/sec程度とすることが望ましい。
When the gas flow rate is smaller than 0.1 m / sec, the char is hardly accompanied by an upward flow of gas and falls toward the gasification section. On the other hand, if it is greater than 10 m / sec, the char is hardly accumulated in the
なお、熱分解改質室3のサイズ(炉長)の巨大化に伴う設備コストの上昇を防ぐために、ガスの滞留時間は、熱分解二次反応がほぼ完了する3sec以下とし、また、ガス流速は、チャーの大半が気流同伴される1m/sec以上、チャーの滞留が適度に生じる5m/sec以下となる範囲で、熱分解改質室3の炉長を決定することが好適である。
In addition, in order to prevent an increase in equipment cost associated with an increase in the size (furnace length) of the
熱分解改質室3内の反応条件は、温度500〜1200℃、水素濃度10〜70%とすることが好ましいが、特に、BTXおよびナフタレンのような軽質オイル成分の収率を高めるには、温度600〜900℃、水素濃度10〜50%とすることが望ましい。
The reaction conditions in the
ここで定義する水素濃度とは、熱分解改質室3内において石炭が熱分解される前の雰囲気中の水素濃度、すなわち、ガス化ガス、外部から添加された水素または水素リッチガス、その他、搬送用ガス、パージガス等が混合されたガス中の水素濃度(推定値)を意味する。
The hydrogen concentration defined here is the hydrogen concentration in the atmosphere before the coal is pyrolyzed in the
また、石炭16−2、水素含有ガス19、水蒸気20−2は、すべてを同一の石炭ノズル21から吹き込んでも、別々のノズルから吹き込んでも構わない。
Further, the coal 16-2, the hydrogen-containing
また、熱分解改質室3内の圧力は、ガス化部2aと同様の理由から、1.0MPa以上5.0MPa以下(いずれも、ゲージ圧)とすることが望ましい。
The pressure in the
ガス化部2a内で発生した溶融スラグの大半は、炉底のスラグ排出口(スラグタップ6)より抜き出され、スラグ8として回収される。なお、昇圧後の定常状態において設備の操業を実施した場合ではあっても、ガス化部2a内で生成したスラグの一部は、ガス化ガス18に同伴され、熱分解改質室3内へと導入される。しかし、熱分解改質室3内にチャーが存在する状態下においては、これら同伴されたスラグの炉壁への付着が妨げられるため、スラッギングに起因する閉塞等のトラブルはもはや発生しない。
Most of the molten slag generated in the
こうして、石炭熱分解ガス化炉1から排出されたガスを主体とするプロセス発生物22は、ガス処理設備23において、そのプロセス発生物の使用用途に応じた処理が行われる。
Thus, the
ガス処理設備23を構成する機器類としては、廃熱回収設備(廃熱ボイラー、熱交換器等)、脱塵(チャー分離)設備(サイクロン、金属フィルター、セラミックスフィルター、バグフィルター、ベンチュリースクラバー、電気集塵機)、脱硫設備、ガス洗浄設備(ベンチュリースクラバー、ガス吸収塔)、アンモニア除去設備、オイル回収設備、タール除去設備等が該当し、必要に応じて、適切な設備を選択するものとする。
The equipment that constitutes the
また、ガス処理設備23における熱負荷の低減のため、石炭熱分解ガス化炉1とガス処理設備23の間に、ガス急冷器(クエンチャー)24を設置してもよい。
In addition, a
なお、ガス処理設備23において回収されたチャー25は、チャーリサイクル設備26を経由した後、ガス化部2aへ導入し、石炭16−1と共に、ガス化ガス18に転換してもよい。この際、チャーは、石炭16−1と混合した後に、同一のガス化バーナー17からガス化部2a内へ吹き込んでも、石炭とは別々のバーナーから、ガス化部2a内へと吹き込んでもよい。
The
勿論、チャー25を、ガス化部2aへリサイクルせず、他の設備(ボイラー等)における燃料、または、その他、高炉還元剤、活性炭原料等の別用途に使用しても構わない。
Of course, the
最終的なプロセス製品27(可燃性ガスおよびオイル)は、発電用燃料、化学原料、液体燃料原料等、様々な用途に利用される。 The final process product 27 (flammable gas and oil) is used for various applications such as power generation fuel, chemical raw material, and liquid fuel raw material.
(実施例1)
図2に示したフローに従って、石炭860t/dayの熱分解ガス化を実施した。
Example 1
According to the flow shown in FIG. 2, pyrolysis gasification of coal 860 t / day was performed.
最初に、天然ガス28−2を燃料として使用する常圧仕様の予熱バーナー12に点火し、石炭熱分解ガス化炉1内の予熱(昇温)を開始した。予熱を実施中の予熱部5内の圧力は、ほぼ常圧の3kPa(ゲージ圧)であったため、予熱バーナー12へ供給する天然ガス28−2および燃焼用空気13は、それぞれ、0.5MPa(ゲージ圧)の元圧を有する工場配管29、30から、直接、供給した。
First, the atmospheric
予熱バーナー12を点火して12hr後、ガス化部2a内の天井部に設置した温度計の指示値が1000℃以上に、また、熱分解改質室3出口に設置した温度計の指示値が800℃に達したことを確認し、その後、スラグタップバーナー9に、天然ガス28−1および酸素11−1を供給し、スラグタップバーナー9を点火した。この際の燃料(天然ガス28−1)と酸素11−1の供給割合は、酸素比として1.0(理論燃焼酸素量)となるように調整した。
After 12 hours after igniting the
スラグタップバーナー9の点火を確認した後、予熱バーナー12の消火を行った。その後、直ちに、石炭熱分解ガス化炉1出口付近へ、昇圧用窒素14を添加し、圧力調整弁15による制御を行うことによって、昇圧を開始した。
After confirming the ignition of the
昇圧を開始して2hr後、石炭熱分解ガス化炉1内の圧力が、目標とする操業圧力(2.5MPa、ゲージ圧)に到達した時、昇圧用窒素14の導入を停止すると共に、ガス化部2a内へ、石炭16−1(25t/hr、微粉炭=粒径200メッシュ以下、平均40μm)、および、酸素11−2(14000Nm3/hr、純度98%)を供給した。
When the pressure in the coal pyrolysis gasification furnace 1 reaches the target operating pressure (2.5 MPa, gauge pressure) after 2 hours from the start of the pressure increase, the introduction of the pressure-increasing
石炭16−1および酸素11−2の供給の前に、ガス化部2a内の温度(ガス化部2aの天井に設置された温度計にて計測)は300℃であったが、石炭16−1および酸素11−2は何ら問題なく着火し、ガス化反応を開始させることが可能であった。なお、ガス化実施時(定常時)におけるガス化部2a内の温度は、1600℃であった。
Before supplying the coal 16-1 and the oxygen 11-2, the temperature in the
ガス化部2aから発生するガス化ガス18が熱分解改質室3へ導入されているのを確認した後、熱分解改質室3への石炭16−2(11t/hr)の供給を開始した。なお、定常時における熱分解改質室3内の温度は、1050℃であった。
After confirming that the
石炭熱分解ガス化炉1から排出されたプロセス発生物22は、ガス処理設備23において、チャーの分離回収および脱硫、脱アンモニア等が行われた後に、最終のプロセス製品である製品ガス31(57000Nm3―dry/hr)となり、発電用燃料ガスとして使用された。なお、分離回収されたチャー25(5t/hr)は、別のボイラーにおける燃料として使用された。
The
なお、本実施例において、予熱バーナー12用の燃料として、タールや硫黄由来のミスト分を含有したコークス炉ガス(COG)を利用した場合においても、何ら問題は発生しなかった。
In this example, no problem occurred even when coke oven gas (COG) containing mist derived from tar or sulfur was used as the fuel for the
(実施例2)
図3に示したフローに従って、石炭860t/dayの熱分解ガス化を実施した。
(Example 2)
Pyrolysis gasification of coal 860 t / day was performed according to the flow shown in FIG.
最初に、天然ガス28−2を燃料として使用する常圧仕様の予熱バーナー12に点火し、石炭熱分解ガス化炉1内の予熱(昇温)を開始した。予熱を実施中の予熱部5内の圧力は、ほぼ常圧の3kPa(ゲージ圧)であったため、予熱バーナー12へ供給する天然ガス28−2および燃焼用空気13は、それぞれ、0.5MPa(ゲージ圧)の元圧を有する工場配管29、30から、直接、供給した。
First, the atmospheric
予熱バーナー12を点火して12hr後、ガス化部2a内の天井部に設置された温度計の指示値が1000℃以上に、また、熱分解改質室3出口に設置された温度計の指示値が800℃に達したことを確認し、その後、スラグタップバーナー9に、天然ガス28−1および酸素11−1を供給し、スラグタップバーナー9を点火した。この際の燃料(天然ガス28−1)と酸素11−1の供給割合は、酸素比として1.0(理論燃焼酸素量)となるように調整した。
12 hours after ignition of the
スラグタップバーナー9の点火を確認した後、予熱バーナー12の消火を行った。その後、直ちに、ガス化部2a内へ、昇圧用窒素14を添加(ガス化バーナー17から添加=石炭搬送用窒素を兼用)し、圧力調整弁15による制御を行うことによって、昇圧を開始した。
After confirming the ignition of the
昇圧を開始して2hr後、石炭熱分解ガス化炉1内の圧力が目標とする操業圧力(2.5MPa、ゲージ圧)に到達した時、昇圧用窒素14の導入を停止すると共に、ガス化部2a内へ、石炭16−1(25t/hr、微粉炭=粒径200メッシュ以下、平均40μm)および酸素11−2(14000Nm3/hr、純度98%)を供給した。
When the pressure in the coal pyrolysis gasifier 1 reaches the target operating pressure (2.5 MPa, gauge pressure) after 2 hours from the start of pressure increase, the introduction of the pressure increase
昇圧用窒素14をガス化部2a内へ添加した影響で、石炭16−1および酸素11−2の供給前のガス化部2a内の温度(ガス化部2aの天井に設置された温度計にて計測)は、200℃であったため、ガス化部2a内へ投入された石炭16−1および酸素11−2は、着火しなかった。
The temperature in the
そこで、直ちに、スラグタップバーナー9における酸素11−1の供給量を、酸素比として1.2まで上昇させたところ、石炭16−1および酸素11−2は着火し、ガス化反応を開始させることが可能となった。
Therefore, immediately, when the supply amount of oxygen 11-1 in the
なお、ガス化反応が開始したことを確認した後、スラグタップバーナー9における酸素比が1.0となるように、酸素11−1の供給量を、再度、変更した。なお、ガス化実施時(定常時)におけるガス化部2a内の温度は1600℃であった。
In addition, after confirming that the gasification reaction started, the supply amount of oxygen 11-1 was changed again so that the oxygen ratio in the
ガス化部2aから発生するガス化ガス18が熱分解改質室3へ導入されているのを確認した後、熱分解改質室3への石炭16−2(11t/hr)の供給を開始した。なお、定常時における熱分解改質室3内の温度は、1050℃であった。
After confirming that the
石炭熱分解ガス化炉1から排出されたプロセス発生物22は、ガス処理設備23において、チャーの分離回収および脱硫、脱アンモニア等が行われた後に、最終のプロセス製品である製品ガス31(57000Nm3―dry/hr)となり、発電用燃料ガスとして使用された。なお、分離回収されたチャー25(5t/hr)は、別のボイラーにおける燃料として使用された。
The
なお、本実施例において、予熱バーナー12用の燃料として、タールや硫黄由来のミスト分を含有したコークス炉ガス(COG)を利用した場合においても、何ら問題は発生しなかった。
In this example, no problem occurred even when coke oven gas (COG) containing mist derived from tar or sulfur was used as the fuel for the
(比較例1〔特許文献5に対応〕)
図4に示したフローに従って、石炭860t/dayの熱分解ガス化を実施した。
(Comparative Example 1 [corresponding to Patent Document 5])
According to the flow shown in FIG. 4, pyrolysis gasification of coal 860 t / day was performed.
天然ガス28−2を燃料として使用する高圧対応の予熱バーナー12に点火し、石炭熱分解ガス化炉1内の予熱(昇温)を開始すると同時に、ガス化部2a内へ昇圧用窒素14を添加(ガス化バーナー17から添加)し、圧力調整弁15による制御を行うことによって、昇圧も開始した。
The preheating
予熱を実施している間、予熱部5をはじめとする石炭熱分解ガス化炉1内の圧力は、常圧から操業の際の目標圧力(2.5MPa、ゲージ圧)にまで変化するため、予熱バーナー12へ供給する天然ガス28−2および燃焼用空気13は、それぞれ、0.5MPaの元圧を有する工場配管29、30から供給されるガスを、コンプレッサー32、33によって、3.0MPaにまで昇圧したものを使用した。
During the preheating, the pressure in the coal pyrolysis gasification furnace 1 including the
予熱バーナー12を点火して12hr後、ガス化部2a内の天井部に設置された温度計の指示値が600℃以上に、また、加えて、石炭熱分解ガス化炉1内の圧力が目標とする操業圧力(2.5MPa、ゲージ圧)に到達したのを確認した後、スラグタップバーナー9に、天然ガス28−1および酸素11−1を供給し、スラグタップバーナー9を点火した。この際の燃料(天然ガス28−1)と酸素11−1の供給割合は、酸素比として1.0(理論燃焼酸素量)となるように調整した。
After 12 hours after igniting the
スラグタップバーナー9の点火を確認した後、予熱バーナー12を消火した後に、ガス化部2a内へ、石炭16−1(25t/hr、微粉炭=粒径200メッシュ以下、平均40μm)および酸素11−2(14000Nm3/hr、純度98%)の供給を行ったところ、石炭16−1および酸素11−2は着火し、ガス化反応を開始した。なお、ガス化実施時(定常時)におけるガス化部2a内の温度は、1600℃であった。
After confirming the ignition of the
ガス化部2aから発生するガス化ガス18が、熱分解改質室3へ導入されているのを確認した後、熱分解改質室3への石炭16−2(11t/hr)の供給を開始した。なお、定常時における熱分解改質室3内の温度は、1050℃であった。
After confirming that the
石炭熱分解ガス化炉1から排出されたプロセス発生物22は、ガス処理設備23において、チャーの分離回収および脱硫、脱アンモニア等が行われた後に、最終のプロセス製品である製品ガス31(57000Nm3―dry/hr)となり、発電用燃料ガスとして使用された。なお、分離回収されたチャー25(5t/hr)は、別のボイラーにおける燃料として使用された。
The
比較例1においては、予熱バーナーを昇圧中においても使用可能な仕様としたため、実施例と比較して、予熱バーナーおよび予熱バーナーの付帯設備に要するコストが、5倍に増加した。 In Comparative Example 1, since the preheating burner was designed so that it could be used even during pressurization, the cost required for the preheating burner and the auxiliary equipment for the preheating burner increased five times as compared with the example.
(比較例2〔非特許文献1に対応〕)
図5に示したフローに従って、石炭860t/dayの熱分解ガス化を実施しようと試みた。
(Comparative Example 2 [corresponding to Non-Patent Document 1])
An attempt was made to carry out pyrolysis gasification of coal 860 t / day according to the flow shown in FIG.
最初に、天然ガス28−2を燃料として使用する高圧対応の予熱バーナー12に点火し、石炭熱分解ガス化炉1内の予熱(昇温)を開始した。予熱を実施中の予熱部5内の圧力は、ほぼ常圧の3kPaであったため、予熱バーナー12へ供給する天然ガス28−2および燃焼用空気13は、それぞれ0.5MPaの元圧を有する工場配管29、30から、直接、供給した。
First, the preheating
予熱バーナー12を点火して12hr後、ガス化部2a内の天井部に設置した温度計の指示値が600℃以上に達したことを確認し、その後、スラグタップバーナー9に、天然ガス28−1および酸素11−1を供給し、スラグタップバーナー9を点火した。この際の燃料(天然ガス28−1)と酸素11−1の供給割合は、酸素比として1.0(理論燃焼酸素量)となるように調整した。
After 12 hours after igniting the
スラグタップバーナー9の点火を確認した後、予熱バーナー12の消火を行った。その後、ガス化部2a内へ、石炭16−1(25t/hr、微粉炭=粒径200メッシュ以下、平均40μm)および酸素11−2(14000Nm3/hr、純度98%)の供給を行い、石炭のガス化反応を開始すると同時に、石炭熱分解ガス化炉1出口付近へ昇圧用窒素14を添加し、圧力調整弁15による制御を行うことによって、昇圧も開始した。
After confirming the ignition of the
ガス化を開始して20分後、ガス化部内圧力が0.7MPaの状態で、石炭熱分解ガス化炉出口1付近において、スラッギングによる閉塞が発生したため、操業を継続することは不可能であった。 Twenty minutes after the start of gasification, it was impossible to continue operation because clogging occurred in the vicinity of the coal pyrolysis gasification furnace outlet 1 with the internal pressure of the gasification section being 0.7 MPa. It was.
1 石炭熱分解ガス化炉
2 ガス化室
2a ガス化部
3 熱分解改質室
4 スロート部
5 予熱部
6 スラグタップ
7 スラグポット
8 スラグ
9 スラグタップバーナー
10−1 燃料
10−2 燃料
11−1 酸素
11−2 酸素
12 予熱バーナー
13 燃焼用空気
14 昇圧用窒素
15 圧力調整弁
16−1 石炭
16−2 石炭
17 ガス化バーナー
18 ガス化ガス
19 水素含有ガス
20−1 水蒸気
20−2 水蒸気
21 石炭ノズル
22 プロセス発生物
23 ガス処理設備
24 ガス急冷器(クエンチャー)
25 チャー
26 チャーリサイクル設備
27 プロセス製品
28−1 天然ガス
28−2 天然ガス
29 工場配管(天然ガス)
30 工場配管(空気)
31 製品ガス
32 コンプレッサー(天然ガス)
33 コンプレッサー(燃焼用空気)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
25
30 Factory piping (air)
31 Product gas 32 Compressor (natural gas)
33 Compressor (combustion air)
Claims (4)
前記石炭熱分解ガス化炉の立ち上げ時において、先ず、前記予熱部内に設置した常圧仕様の予熱バーナーを用いて、前記石炭熱分解ガス化炉内を予熱し、
当該予熱の完了により前記予熱バーナーを停止した後、次に、前記石炭熱分解ガス化炉を昇圧し、
当該昇圧の完了後に、前記ガス化部に石炭、チャーの内の1種または2種を酸素と共に吹き込み、
前記熱分解改質室に石炭を吹き込むことを特徴とする石炭熱分解ガス化炉の操業方法。 It has a two-chamber, two-stage structure consisting of a lower gasification chamber having a preheating portion at the bottom and an upper pyrolysis reforming chamber connected to the gasification chamber via a throat portion, and the operating pressure is By using a coal pyrolysis gasification furnace having a pressure of 1 MPa (gauge pressure) or more and blowing one or two of coal and char together with oxygen into the gasification chamber to cause partial oxidation reaction. Gasification gas mainly containing carbon monoxide, water vapor, and carbon dioxide is generated, and coal is blown into the pyrolysis reforming chamber at the subsequent stage to reveal the gasification gas flowing from the gasification furnace. A method for operating a coal pyrolysis gasifier that uses heat to pyrolyze coal in the pyrolysis reforming chamber to produce gas, oil, and char,
When starting up the coal pyrolysis gasification furnace, first, using the preheating burner of normal pressure specifications installed in the preheating section, preheat the inside of the coal pyrolysis gasification furnace,
After stopping the preheating burner upon completion of the preheating, the pressure of the coal pyrolysis gasification furnace is then increased,
After completion of the pressurization, one or two kinds of coal and char are blown into the gasification part together with oxygen,
A method for operating a coal pyrolysis gasifier, wherein coal is blown into the pyrolysis reforming chamber.
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