JP5200611B2 - ガス化設備のパージ方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化設備を安価に且つ安全にパージできるようにしたガス化設備のパージ方法及び装置に関する。

図２は従来のガス化設備の一例であり、このガス化設備は燃焼炉１と流動層ガス化炉２とからなる循環流動層炉３を有しており、ガス化炉として前記流動層ガス化炉２を備えた場合のガス化設備を示している。前記循環流動層炉の先行技術文献としては、特許文献１がある。

図２の循環流動層炉３を構成する燃焼炉１は、下部から空気又は酸素４が供給され、下部側部に起動用燃料５が供給されると共に後述するチャーが下部に供給されて流動燃焼することにより循環粒子を加熱する。燃焼炉１からの燃焼流体６は分離器９に導かれて排ガス７と循環粒子８とに分離される。

前記循環流動層炉３を構成する流動層ガス化炉２（ガス化炉）は、散気装置１１上に砂等の流動媒体が装入してあり、前記分離器９で分離した高温の循環粒子８を導入すると共に、石炭或いはバイオマス等の原料１０を上部から導入するようになっている。散気装置１１の下部には、ガス化剤として補助ボイラ或いは他の設備等の補助蒸気装置１２からの水蒸気Ｓが供給され、流動層１３を形成して原料１０のガス化を行い、生成した水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）等のガス成分が混在するガス化ガス１４を上部から導出するようにしている。流動層ガス化炉２内の循環粒子８とガス化途中のチャーの混合物１５は導入管１６により燃焼炉１に戻され、燃焼炉１でチャーを燃焼することにより循環粒子８を加熱するようにしている。前記流動層ガス化炉２には前記燃焼炉１との間におけるガスの移動を遮断するための機構が備えられている。

ガス化設備の流動層ガス化炉２で生成されたガス化ガス１４は、導出管１７により取り出され、例えば図示しない固体分離装置によって固形分が分離された後スプレー塔１８に導かれる。スプレー塔１８ではポンプ１９からの水Ｗをスプレー２０により噴射して冷却することによりガス化ガス１４中の水蒸気（及びタール、微粉等）を除去しており、水蒸気が除去されたガス化ガス１４は、誘引ファン２１を備えた下流装置２２に導かれるようになっている。下流装置２２の誘引ファン２１にて誘引されたガス化ガス１４は、ガス精製装置２３に導いてガスの精製を行ったり、或いはガスタービン等の燃料として供給するようにしている。

又、前記分離器９で循環粒子８が分離された排ガス７は、排ガス管２４により誘引ファン２５に導かれて煙突２６から排出されるようになっている。

通常、ガス化設備が停止した状態では、ガス化設備の内部は空気で満たされた状態となっている。従って、この状態からガス化設備を起動すると、流動層ガス化炉２内で生成する燃焼性のガス化ガス１４が空気と混合して急激な燃焼を起こす虞れがあるため、ガス化設備の起動に先立ち、ガス化設備の内部を不活性のガスで置換するパージを行う必要がある。

又、運転しているガス化設備を停止する際にも、ガス化設備の内部が燃焼性のガス化ガスで満たされた状態から空気が混入した場合には急激な燃焼を起こす虞れがあるため、ガス化設備を停止する際にも、ガス化設備の内部を不活性のガスで置換するパージを行う必要がある。

従来、図２に示すようなガス化設備をパージする際には、流動層ガス化炉２に不活性ガス供給源２７からの窒素（Ｎ_２）或いはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス２８を供給することにより、流動層ガス化炉２及び下流装置２２を不活性ガスでパージするようにしていた。

しかし、上記ガス化設備のパージには、一般に流動層ガス化炉２の容積の約５倍の不活性ガス２８（Ｎ_２）が必要であり、このように大量の不活性ガス２８を必要とするために大型の不活性ガス製造装置が必要になりパージのための費用が大幅に増大するという問題を有していた。

このため、部分ガス化・分解装置の運転始動時、及び運転停止時に、装置内のガスを水蒸気によってパージするようにした運転方法が特許文献２に記載されている。
特開２００５−０４１９５９号公報 特許第３８８１７１２号公報

特許文献２に示された水蒸気によるパージ方法を用いて図２に示すガス化設備をパージしようとした場合には、流動層ガス化炉２の流動層１３を流動化させてパージするために高温・高圧の水蒸気が必要であり、このような高温・高圧の水蒸気によれば流動層ガス化炉２のパージを行うことができる。

しかし、スプレー塔１８を備えたガス化設備では、スプレー塔１８で水Ｗを噴射してガス化ガス１４中の水蒸気を除去するために一般に水蒸気の凝縮温度より低い９０℃以下程度に冷却している。このため、スプレー塔１８の下流に設置される下流装置２２は一般に耐熱温度を低く設定した構成となっている。

従って、高温・高圧の水蒸気を流動層ガス化炉２に供給することにより流動層ガス化炉の２のパージを行うことができるが、この高温の水蒸気が下流装置２２に導かれて下流装置２２が損傷しないようにスプレー塔１８を作動させて冷却を行う必要があり、このために、スプレー塔１８より下流には水蒸気は導かれず、下流装置２２はパージすることができないという問題がある。

又、このように下流装置２２がパージできない問題のために、図２に示したように不活性ガス２８（Ｎ_２）を流動層ガス化炉２に供給してパージを行うと、不活性ガス２８は低温の状態で使用できるために、流動層ガス化炉２と共に下流装置２２も同時に安全にパージすることができるが、この場合には、前記したように大量の不活性ガス２８が必要となってパージのための費用が大幅に増大してしまうという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ガス化設備を安価に且つ安全にパージできるようにしたガス化設備のパージ方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、原料とガス化剤をガス化炉に供給して原料のガス化を行い、ガス化炉で生成したガス化ガスをスプレー塔に導いて冷却した後、誘引ファンを備えた下流装置に導くようにしているガス化設備のパージ方法であって、スプレー塔を作動させた状態において、ガス化炉に該ガス化炉内のガスを置換できる量の水蒸気を供給してガス化炉を水蒸気でパージすると共に、スプレー塔入口に下流装置内のガスを置換できる量の不活性ガスを供給して下流装置を不活性ガスでパージすることを特徴とするガス化設備のパージ方法、に係るものである。

上記ガス化設備のパージ方法において、ガス化炉を水蒸気でパージする作業が終了した後に、下流装置を不活性ガスでパージすることは好ましい。

又、上記ガス化設備のパージ方法において、ガス化設備が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉を備えている場合において、流動層ガス化炉出口のガス化ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を流動層ガス化炉のパージに使用することは好ましい。

又、上記ガス化設備のパージ方法において、ガス化設備の通常運転時に前記水蒸気をガス化剤としてガス化炉に供給することは好ましい。

本発明は、原料とガス化剤をガス化炉に供給して原料のガス化を行い、ガス化炉で生成したガス化ガスをスプレー塔に導いて冷却した後、誘引ファンを備えた下流装置に導くようにしているガス化設備のパージ装置であって、ガス化炉に該ガス化炉内のガスを置換できる量の水蒸気を供給してガス化炉を水蒸気でパージする水蒸気供給手段と、スプレー塔入口に該スプレー塔以降の下流装置内のガスを置換できる量の不活性ガスを供給して下流装置を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とするガス化設備のパージ装置、に係るものである。

上記ガス化設備のパージ装置において、ガス化設備が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉を備えており、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口のガス化ガスと熱交換して水蒸気を得る第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第２の熱交換器の少なくとも１つを有することは好ましい。

又、上記ガス化設備のパージ装置において、水蒸気供給手段が、第１の熱交換器で得た水蒸気を第２の熱交換器で加熱して供給するようにしていることは好ましい。

又、上記ガス化設備のパージ装置において、水蒸気供給手段が、ガス化設備の通常運転時におけるガス化剤供給装置であることは好ましい。

本発明のガス化設備のパージ方法及び装置によれば、スプレー塔を作動させた状態で、ガス化炉に該ガス化炉内のガスを置換できる量の水蒸気を供給してガス化炉を水蒸気でパージすると共に、スプレー塔入口に該スプレー塔以降の下流装置内のガスを置換できる量の不活性ガスを供給して下流装置を不活性ガスでパージするようにしたので、ガス化炉を水蒸気によって安価にパージできると共に、下流装置を少量の不活性ガスで安全に且つ安価にパージ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は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図２と同様に燃焼炉１と流動層ガス化炉２（ガス化炉）とを有する循環流動層炉３を備えたガス化設備の場合を示しており、図１中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、本発明の特徴部分についてのみ説明する。

図１に示す如く、流動層ガス化炉２（ガス化炉）には、該流動層ガス化炉２を水蒸気によってパージするための水蒸気供給手段Ｔを設けている。水蒸気供給手段Ｔは、ガス化ガス１４を取り出す導出管１７に設けて前記ガス化ガス１４とポンプ２９からの水Ｗとを熱交換して水蒸気Ｓ'を生成する第１の熱交換器３０と、分離器９からの排ガス７を取り出す排ガス管２４に設けて排ガス７と前記第１の熱交換器３０からの水蒸気Ｓ'とを熱交換して水蒸気Ｓ'を加熱する第２の熱交換器３１を備えており、第２の熱交換器３１出口の水蒸気Ｓ'を流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給して流動層ガス化炉２のパージを行うようにしている。図１では第１の熱交換器３０出口の水蒸気Ｓ'を第２の熱交換器３１で加熱して流動層ガス化炉２に供給する場合について例示したが、第１の熱交換器３０と第２の熱交換器３１において単独で生成した水蒸気Ｓ'を流動層ガス化炉２に供給するようにしてもよい。尚、第１の熱交換器３０と第２の熱交換器３１は、ガス化設備の通常運転時に水蒸気Ｓ'をガス化剤として流動層ガス化炉２供給することによりガス化剤供給装置としても用いられるようにしている。又、水蒸気供給手段Ｔには、ガス化設備の停止時に、第１及び第２の熱交換器３０，３１から供給される水蒸気Ｓの量が流動層ガス化炉２をパージするのに不足した場合に水蒸気Ｓを供給できるように、図２と同様に補助ボイラ或いは他の設備等からの水蒸気Ｓを供給するようした補助蒸気装置１２を備えていてもよい。

一方、前記スプレー塔１８の入口部には、下流装置２２内のガスを置換できる量の不活性ガス３２（Ｎ_２）を供給して下流装置２２を不活性ガス３２でパージするようにした不活性ガス供給手段３３を備えている。

次に、図１の形態の作動を説明する。

上記ガス化設備を起動するには、先ず、流動層ガス化炉２（ガス化炉）及び下流装置２２の空気を追い出して不活性な状態に保持するためのパージを行う。流動層ガス化炉２をパージするには、先ずスプレー塔１８を作動させた状態としておく。燃焼炉１に起動用燃料５と空気又は酸素４を供給して燃焼を行うことにより燃焼炉１内の循環粒子を加熱する。すると、加熱された循環粒子と排ガスからなる燃焼流体６が分離器９に導かれるようになり、分離器９において排ガス７が分離された高温の循環粒子８は流動層ガス化炉２に供給され、流動層ガス化炉２の温度が上昇される。

温度が上昇した排ガス７は、水蒸気供給手段Ｔの第２の熱交換器３１に供給されてポンプ２９からの水Ｗを加熱して水蒸気Ｓ'を生成させるので、この水蒸気Ｓ'が流動層ガス化炉２に供給されることにより、流動層ガス化炉２は水蒸気Ｓ'でパージされる。

同時に不活性ガス供給手段３３はスプレー塔１８の入口に下流装置２２内のガスを置換できる量の不活性ガス３２を供給し、これによって下流装置２２は不活性ガス３２でパージされる。この時、第２の熱交換器３１からの水蒸気Ｓ'による流動層ガス化炉２のパージ作業が終了した後に、不活性ガス３２による下流装置２２のパージ作業を行うと、不活性ガス供給手段３３により供給する不活性ガス３２は下流装置２２をパージする量のみで良いため、不活性ガス３２の使用量を最少にできる。

流動層ガス化炉２の温度が上昇してくると、流動層ガス化炉２から排出されるガス（水蒸気が主体）の温度も上昇するため、水蒸気供給手段Ｔの第１の熱交換器３０と第２の熱交換器３１の熱交換により高温となった水蒸気Ｓ'が流動層ガス化炉２に供給されるようになる。この時、水蒸気供給手段Ｔである補助蒸気装置１２を作動して水蒸気Ｓを供給すると、流動層ガス化炉２をパージする時間と流動層ガス化炉２を加熱する時間を短縮することができ、よってガス化設備を起動するのに要する時間を短縮することができる。

流動層ガス化炉２がガス化可能な所定の温度に達すると、燃焼炉１への起動用燃料５の供給は停止し、空気又は酸素４の供給は継続した状態において、流動層ガス化炉２に原料１０を供給する。すると、原料１０は水蒸気Ｓ'の存在下流動層１３の流動によりガス化（水蒸気ガス化）され、流動層ガス化炉２で生成したガス化ガス１４はスプレー塔１８に導かれて冷却された後、下流装置２２に供給される。流動層ガス化炉２内のガス化途中のチャーは循環粒子と共に燃焼炉１に導かれて燃焼することにより循環粒子を加熱するように作用する。

上記により、水蒸気供給手段Ｔを構成している第１の熱交換器４１と第２の熱交換器４２は、排ガス７の熱及びガス化ガス１４の熱を利用して得た水蒸気Ｓ'をガス化剤として流動層ガス化炉２に供給するガス化剤供給装置として作用するので、ガス化設備から発生する熱を有効に利用して原料１０のガス化を行うことができる。

一方、図１のガス化設備を停止する際には、先ず、流動層ガス化炉２に対する原料１０の供給のみを停止する。すると、流動層ガス化炉２の内部に残っている原料１０は残熱と下部から供給される水蒸気Ｓ'によってガス化されてガス化ガス１４が流動層ガス化炉２から導出され、流動層ガス化炉２内の原料１０が無くなると、下部から水蒸気Ｓ'のみが供給するようになって流動層ガス化炉２のパージは終了する。この流動層ガス化炉２のパージは、ガス化ガス１４の発生が停止してから流動層ガス化炉２の容積に対して所定のパージ量（通常、流動層ガス化炉２の容積の５倍程度）で終了できる。

流動層ガス化炉２に対する原料１０の供給が停止された後は、ガス化ガス１４の生成が減少すると共に温度も低下し、更に、燃焼炉１からの排ガス７の流量、温度も低下するため、水蒸気供給手段Ｔの第１及び第２の熱交換器３０，３１によって生成される水蒸気Ｓ'の生成量も減少するようになる。このため、ガス化設備の停止時に流動層ガス化炉２をパージするのに必要な水蒸気Ｓ'が不足する場合には、水蒸気供給手段Ｔである補助蒸気装置１２を作動して必要な水蒸気Ｓを補助的に供給するようにしてもよい。

上記したように、ガス化設備の停止時においても、燃焼炉１からの排ガス７及び流動層ガス化炉２からのガス化ガス１４の残熱を利用して、第１及び第２の熱交換器３０，３１で生成する水蒸気Ｓ'を用いて流動層ガス化炉２を効果的にパージすることができる。

流動層ガス化炉２の水蒸気Ｓ'によるパージと共に、スプレー塔１８入口に不活性ガス供給手段３３から下流装置２２内のガスを置換できる量の不活性ガス３２を供給し、これによって下流装置２２は不活性ガス３２でパージされる。この時、流動層ガス化炉２のパージ作業が終了した後に、不活性ガス３２による下流装置２２のパージ作業を行うと、不活性ガス供給手段３３により供給する不活性ガス３２は下流装置２２をパージする量のみで良いため、不活性ガス３２の使用量を最少にできる。

上記形態においては、循環流動層炉３を備えたガス化設備の場合について例示したが、ガス化炉に空気等をガス化剤として供給し、酸素不足の状態で部分燃焼しながらガス化を行う部分酸化ガス化法を用いたガス化設備においても、下流側に図１のようなスプレー塔１８を備えている場合には、同様に適用することができる。この部分酸化ガス化法を用いたガス化設備の場合におけるガス化炉のパージは、起動時には補助蒸気装置１２の水蒸気Ｓを供給してパージを行い、停止時にはガス化炉からのガス化ガス１４と熱交換して得られる水蒸気Ｓ'を用いてパージすることができる。

なお、本発明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。

本発明を実施する形態の一例を示すもので、ガス化設備が循環流動層炉を備えた場合のブロック図である。 従来の循環流動層炉を備えたガス化設備におけるパージ方法の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 燃焼炉
２ 流動層ガス化炉
３ 循環流動層炉
７ 排ガス
１０ 原料
１２ 補助蒸気装置（水蒸気供給手段）
１４ ガス化ガス
１８ スプレー塔
２２ 下流装置
３０ 第１の熱交換器（水蒸気供給手段）
３１ 第２の熱交換器（水蒸気供給手段）
３２ 不活性ガス
３３ 不活性ガス供給手段
Ｓ 水蒸気
Ｓ' 水蒸気
Ｔ 水蒸気供給手段

Claims (8)

1. 原料とガス化剤をガス化炉に供給して原料のガス化を行い、ガス化炉で生成したガス化ガスをスプレー塔に導いて冷却した後、誘引ファンを備えた下流装置に導くようにしているガス化設備のパージ方法であって、スプレー塔を作動させた状態において、ガス化炉に該ガス化炉内のガスを置換できる量の水蒸気を供給してガス化炉を水蒸気でパージすると共に、スプレー塔入口に下流装置内のガスを置換できる量の不活性ガスを供給して下流装置を不活性ガスでパージすることを特徴とするガス化設備のパージ方法。
2. ガス化炉を水蒸気でパージする作業が終了した後に、下流装置を不活性ガスでパージする請求項１に記載のガス化設備のパージ方法。
3. ガス化設備が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉を備えている場合において、流動層ガス化炉出口のガス化ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を流動層ガス化炉のパージに使用する請求項１又は２に記載のガス化設備のパージ方法。
4. ガス化設備の通常運転時に前記水蒸気をガス化剤としてガス化炉に供給する請求項３に記載のガス化設備のパージ方法。
5. 原料とガス化剤をガス化炉に供給して原料のガス化を行い、ガス化炉で生成したガス化ガスをスプレー塔に導いて冷却した後、誘引ファンを備えた下流装置に導くようにしているガス化設備のパージ装置であって、ガス化炉に該ガス化炉内のガスを置換できる量の水蒸気を供給してガス化炉を水蒸気でパージする水蒸気供給手段と、スプレー塔入口に該スプレー塔以降の下流装置内のガスを置換できる量の不活性ガスを供給して下流装置を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とするガス化設備のパージ装置。
6. ガス化設備が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉を備えており、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口のガス化ガスと熱交換して水蒸気を得る第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第２の熱交換器の少なくとも１つを有する請求項５に記載のガス化設備のパージ装置。
7. 水蒸気供給手段が、第１の熱交換器で得た水蒸気を第２の熱交換器で加熱して供給するようにしている請求項６に記載のガス化設備のパージ装置。
8. 水蒸気供給手段が、ガス化設備の通常運転時におけるガス化剤供給装置である請求項６又は７に記載のガス化設備のパージ装置。

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