JP5309620B2

JP5309620B2 - ガス化設備のタール改質方法及び装置

Info

Publication number: JP5309620B2
Application number: JP2008058888A
Authority: JP
Inventors: 中村至高; 松澤克明; 大原宏明
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-03-10
Also published as: JP2009215387A; WO2009113270A1; US20100269410A1

Description

本発明は、ガス化設備のタール改質方法及び装置に関するものである。

従来より燃料として、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体燃料を用い、ガス化ガスを生成する燃料ガス化設備の開発が進められている。

一般に、ガス化炉において低温（６００〜９００［℃］）で前記固体燃料のガス化を行った場合、生成するガス化ガス中にはタールが含まれており、該タールを含むガス化ガスは温度を下げていくとタールが凝縮してミスト化するため、ガス化ガスを化学合成原料等に利用する際には、下流側の精製プロセスや化学合成プロセスにおいて、タールによる配管閉塞や機器類のトラブル、タール付着による合成触媒の被毒等といった問題が引き起こされる。

前記ガス化ガス中に含まれるタール分を除去する技術としては、従来、高温でのタール改質がある。これは、図５に示される如く、ガス化炉１において、燃料をガス化剤（水蒸気、空気、酸素等）によってガス化してガス化ガスを生成し、該ガス化ガスを改質炉２へ導入し、該改質炉２において、前記ガス化ガスに酸素や空気を付加して燃焼させることで温度を１１００〜１５００［℃］程度に上げると同時にタール分を酸化改質・水蒸気改質させるという技術である。

尚、蓄熱体及び支燃ガスを用いることにより、タール分を含む燃料ガスを１１００［℃］以上の高温まで昇温させ、タール分を熱分解して除去する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００５−６０５３３号公報

しかしながら、前述の如く、改質炉２においてガス化ガスに酸素や空気を付加して燃焼させることで温度を１１００〜１５００［℃］程度に上げると同時にタール分を改質させるのでは、その反応温度まで温度を上昇させるためにガス化ガスを多量に燃焼させなければならず、製品となるガス化ガスの発熱量が大きく低下してしまうという欠点を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、非常に少ない酸素量・燃焼量でガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下を最小限に抑えつつタール改質を行うことができ、タールによる下流側機器のトラブルを回避し得、且つ低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うこともでき、熱エネルギーを無駄なく有効活用し得るガス化設備のタール改質方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、燃料をガス化炉でガス化剤によってガス化してガス化ガスを生成し、該ガス化ガスを改質炉へ導入し、該改質炉で前記ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるガス化設備のタール改質方法であって、
前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを、セラミックス熱交換器で改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入することを特徴とするガス化設備のタール改質方法にかかるものである。

本発明のガス化設備のタール改質方法のように、前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを、セラミックス熱交換器で改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入すると、タール分を改質させる反応温度まで温度を上昇させるためにガス化ガスを多量に燃焼させなくて済み、改質炉へ投入する酸素量が抑えられ、製品となるガス化ガスの発熱量が大きく低下せず、タールによる下流側機器のトラブルが避けられると共に、低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うことも可能となり、熱エネルギーの無駄も少なくなる。

前記ガス化設備のタール改質方法においては、前記ガス化炉へ供給される燃料の一部を燃焼炉で燃焼させ、該燃焼排ガスを前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内に供給し、該改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させることが、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことを避ける上で好ましい。

又、前記ガス化設備のタール改質方法においては、前記燃焼炉用の空気を、金属熱交換器及びセラミックス熱交換器で前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出することが、効率をより高める上で好ましい。

一方、本発明は、燃料をガス化炉でガス化剤によってガス化してガス化ガスを生成し、該ガス化ガスを改質炉へ導入し、該改質炉で前記ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるガス化設備のタール改質装置であって、
前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを前記改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入するセラミックス熱交換器を備えたことを特徴とするガス化設備のタール改質装置にかかるものである。

本発明のガス化設備のタール改質装置のように、前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを前記改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入するセラミックス熱交換器を備えると、タール分を改質させる反応温度まで温度を上昇させるためにガス化ガスを多量に燃焼させなくて済み、改質炉へ投入する酸素量が抑えられ、製品となるガス化ガスの発熱量が大きく低下せず、タールによる下流側機器のトラブルが避けられると共に、低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うことも可能となり、熱エネルギーの無駄も少なくなる。

前記ガス化設備のタール改質装置においては、前記ガス化炉へ供給される燃料の一部を燃焼させる燃焼炉と、
前記改質炉内に配設され、前記燃焼炉で燃焼させた燃焼排ガスが供給され、前記改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるセラミックスチューブを備えることが、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことを避ける上で好ましい。

又、前記ガス化設備のタール改質装置においては、前記燃焼炉用の空気を、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する金属熱交換器及びセラミックス熱交換器を備えることが、効率をより高める上で好ましい。

本発明のガス化設備のタール改質方法及び装置によれば、非常に少ない酸素量・燃焼量でガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下を最小限に抑えつつタール改質を行うことができ、タールによる下流側機器のトラブルを回避し得、且つ低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うこともでき、熱エネルギーを無駄なく有効活用し得るという優れた効果を奏し得る。

又、本発明のガス化設備のタール改質方法において、ガス化炉へ供給される燃料の一部を燃焼炉で燃焼させ、該燃焼排ガスを前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内に供給し、該改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させる一方、本発明のガス化設備のタール改質装置において、燃焼炉で燃焼させた燃焼排ガスが供給され、前記改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるセラミックスチューブを備えるようにすれば、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことなくガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下をより確実に抑えつつタール改質を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

更に又、本発明のガス化設備のタール改質方法において、前記燃焼炉用の空気を、金属熱交換器及びセラミックス熱交換器で前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する一方、本発明のガス化設備のタール改質装置において、前記燃焼炉用の空気を、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する金属熱交換器及びセラミックス熱交換器を備えるようにすれば、効率をより高めることが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であって、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガス（６００〜９００［℃］）を改質炉２から出る改質後のガス化ガス（１１００〜１５００［℃］）と熱交換させ、昇温させて改質炉２へ導入するセラミックス熱交換器３を備えた点にある。

前記セラミックス熱交換器３は、図２に示す如く、シェル３ａ内に、多数のセラミックスチューブ３ｂを配設すると共に、バッフルプレート３ｃを配設してなる、いわゆるシェル・アンド・チューブ式の熱交換器であって、前記ガス化炉１（図１参照）で生成されたタールを含むガス化ガスを前記シェル３ａ内に流通させつつ、前記改質炉２（図１参照）から出る改質後のガス化ガスをセラミックスチューブ３ｂ内に流通させることにより、前記ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガスを昇温させて前記改質炉２へ導入する一方、前記改質炉２から出る改質後のガス化ガスを温度低下（７００〜１０００［℃］）させて下流側の精製プロセスや化学合成プロセスに送給するようになっており、およそ８０［％］程度の高い熱交換効率が得られるものである。

次に、上記図示例の作用を説明する。

燃料がガス化炉１でガス化剤によってガス化されてガス化ガスが生成され、該ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガスは、セラミックス熱交換器３で改質炉２から出る改質後のガス化ガスと熱交換され、昇温して改質炉２へ導入される。

前記改質炉２においては、前記ガス化ガスが酸素（又は空気）と混合され、該ガス化ガスの一部が燃焼すると同時にタール分の酸化改質・水蒸気改質反応が進行する。

前記改質炉２から出る改質後のガス化ガスは、その後、再び前記セラミックス熱交換器３に導かれ、該セラミックス熱交換器３において前記ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガスと熱交換し、温度低下されて下流側の精製プロセスや化学合成プロセスに導かれる。

この結果、タール分を改質させる反応温度まで温度を上昇させるためにガス化ガスを多量に燃焼させなくて済み、改質炉へ投入する酸素量が抑えられ、製品となるガス化ガスの発熱量を大きく低下させずに、タールによる下流側機器のトラブルが避けられると共に、低温でのガス化ガスの金属熱交換器（特に図示していないが、下流側の精製プロセスや化学合成プロセスへ通じるライン途中に設けることができる）による熱回収を行うことも可能となり、熱エネルギーの無駄も少なくなる。又、酸素量を変化させることで改質炉２の温度をコントロールすることが可能で、温度制御も容易に行える。

因みに、図３はガス化ガスに対する酸素投入量の比率と改質炉２出口温度との関係を、セラミックス熱交換器３を設けた場合（本発明）と、セラミックス熱交換器３を設けていない場合（従来）とで対比した比較線図であって、この図から明らかなように、例えば、従来のようにセラミックス熱交換器３を設けていない場合、ガス化ガスの改質炉２出口温度をおよそ１２００［℃］まで上げるのにガス化ガスの約２０［％］の酸素が必要であったが、本発明の図示例のようにセラミックス熱交換器３を設けた場合、酸素投入量を約半分の１０［％］に減らせることが確認された。

こうして、非常に少ない酸素量・燃焼量でガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下を最小限に抑えつつタール改質を行うことができ、タールによる下流側機器のトラブルを回避し得、且つ低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うこともでき、熱エネルギーを無駄なく有効活用し得る。

図４は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、前記ガス化炉１へ供給される燃料の一部を燃焼させる燃焼炉４と、
前記改質炉２内に配設され、前記燃焼炉４で燃焼させた燃焼排ガスが供給され、前記改質炉２内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるセラミックスチューブ５と、
前記燃焼炉４用の空気を、前記改質炉２内に配設したセラミックスチューブ５内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉４へ導入しつつ、前記改質炉２内に配設したセラミックスチューブ５内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する金属熱交換器６（８００〜９００［℃］以下の低温域）及びセラミックス熱交換器７（８００〜９００［℃］以上の高温域）と
を備えた点にある。

図４に示す例では、燃料がガス化炉１でガス化剤によってガス化されてガス化ガスが生成され、該ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガスは、セラミックス熱交換器３で改質炉２から出る改質後のガス化ガスと熱交換され、昇温して改質炉２へ導入される一方、金属熱交換器６及びセラミックス熱交換器７を通過して昇温された空気が燃焼炉４へ導かれ、該燃焼炉４でガス化炉１へ供給される燃料の一部が燃焼されてその燃焼排ガスが、前記改質炉２内に配設されたセラミックスチューブ５内へ供給される。

これにより、前記改質炉２においては、前記燃焼炉４で燃焼されて前記セラミックスチューブ５内へ供給される燃焼排ガスの熱により、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことなく昇温させることが可能となり、該ガス化ガスに含まれるタール分が改質され、該改質炉２から出る改質後のガス化ガスは、その後、再び前記セラミックス熱交換器３に導かれ、該セラミックス熱交換器３において前記ガス化炉１で生成されたタールを含むガス化ガスと熱交換し、温度低下されて下流側の精製プロセスや化学合成プロセスに導かれる一方、前記改質炉２内に配設したセラミックスチューブ５内から出る燃焼排ガスは、前記セラミックス熱交換器７と金属熱交換器６とを順次通過し、前記燃焼炉４用の空気と熱交換して温度低下し排出される。

この結果、図４に示す例では、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことなく、タール分を改質させる反応温度まで温度を上昇させることが可能となり、改質炉へ酸素（又は空気）を投入しなくて済み、製品となるガス化ガスの発熱量を大きく低下させずに、タールによる下流側機器のトラブルが避けられると共に、低温でのガス化ガスの金属熱交換器（特に図示していないが、下流側の精製プロセスや化学合成プロセスへ通じるライン途中に設けることができる）による熱回収を行うことも可能となり、熱エネルギーの無駄も少なくなる。又、前記燃焼炉４へ供給する燃料及び空気量を変化させることで改質炉２の温度をコントロールすることが可能で、温度制御も容易に行える。

こうして、図４に示す例の場合、ガス化ガスを全く燃焼させずに且つガス化ガスを燃焼排ガスで希釈してしまうことなくガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下をより確実に抑えつつタール改質を行うことができ、タールによる下流側機器のトラブルを回避し得、且つ低温でのガス化ガスの金属熱交換器による熱回収を行うこともでき、熱エネルギーを無駄なく有効活用し得る。

こうして、非常に少ない酸素量・燃焼量でガス化ガスの温度を上げ、該ガス化ガスの発熱量の低下を最小限に抑えつつタール改質を行うことができ、タールによる下流側機器のトラブルを回避し得、且つ低温でのガス化ガスの金属熱交換器６による熱回収を行うこともでき、熱エネルギーを無駄なく有効活用し得る。

尚、本発明のガス化設備のタール改質方法及び装置は、上述の図示例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全体概要構成図である。本発明を実施する形態の一例におけるセラミックス熱交換器を示す概略断面図である。ガス化ガスに対する酸素投入量の比率と改質炉出口温度との関係を、セラミックス熱交換器を設けた場合（本発明）と、セラミックス熱交換器を設けていない場合（従来）とで対比した比較線図である。本発明を実施する形態の他の例を示す全体概要構成図である。従来例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

１ガス化炉
２改質炉
３セラミックス熱交換器
３ａシェル
３ｂセラミックスチューブ
３ｃバッフルプレート
４燃焼炉
５セラミックスチューブ
６金属熱交換器
７セラミックス熱交換器

Claims

燃料をガス化炉でガス化剤によってガス化してガス化ガスを生成し、該ガス化ガスを改質炉へ導入し、該改質炉で前記ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるガス化設備のタール改質方法であって、
前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを、セラミックス熱交換器で改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入することを特徴とするガス化設備のタール改質方法。
前記ガス化炉へ供給される燃料の一部を燃焼炉で燃焼させ、該燃焼排ガスを前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内に供給し、該改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させる請求項１記載のガス化設備のタール改質方法。
前記燃焼炉用の空気を、金属熱交換器及びセラミックス熱交換器で前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する請求項２記載のガス化設備のタール改質方法。
燃料をガス化炉でガス化剤によってガス化してガス化ガスを生成し、該ガス化ガスを改質炉へ導入し、該改質炉で前記ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるガス化設備のタール改質装置であって、
前記ガス化炉で生成されたタールを含むガス化ガスを前記改質炉から出る改質後のガス化ガスと熱交換させ、昇温させて改質炉へ導入するセラミックス熱交換器を備えたことを特徴とするガス化設備のタール改質装置。
前記ガス化炉へ供給される燃料の一部を燃焼させる燃焼炉と、
前記改質炉内に配設され、前記燃焼炉で燃焼させた燃焼排ガスが供給され、前記改質炉内のガス化ガスを昇温させることにより、該ガス化ガスに含まれるタール分を改質させるセラミックスチューブを備えた請求項４記載のガス化設備のタール改質装置。
前記燃焼炉用の空気を、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスと熱交換させ、昇温させて燃焼炉へ導入しつつ、前記改質炉内に配設したセラミックスチューブ内から出る燃焼排ガスを温度低下させて排出する金属熱交換器及びセラミックス熱交換器を備えた請求項５記載のガス化設備のタール改質装置。