JP5465028B2 - 石炭ガス化システム - Google Patents
石炭ガス化システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5465028B2 JP5465028B2 JP2010017513A JP2010017513A JP5465028B2 JP 5465028 B2 JP5465028 B2 JP 5465028B2 JP 2010017513 A JP2010017513 A JP 2010017513A JP 2010017513 A JP2010017513 A JP 2010017513A JP 5465028 B2 JP5465028 B2 JP 5465028B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- carbon monoxide
- coal gasification
- oxygen
- gasification system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims description 90
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims description 87
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 121
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 98
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 98
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 97
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 96
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 96
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 87
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 80
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 37
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 29
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 24
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 23
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 22
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 21
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 14
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 7
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Description
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに関する。
化石燃料の石炭をガス化炉でガス化して生成ガスを製造し、この生成ガスを燃料として燃焼させた燃焼ガスによってタービンと発電機を駆動して発電する石炭ガス化発電システムでは、地球温暖化防止の観点から、特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、生成ガスを燃焼する際に生じる二酸化酸素の発生量を抑制するため、生成ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備を備えた石炭ガス化システムを構築することが必要となってきている。
石炭ガス化システムのガス化炉で石炭をガス化した生成ガスは一酸化炭素を多く含む生成ガスであり、二酸化炭素の回収は特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、石炭ガス化システムに備えられた二酸化炭素回収設備によるシフト触媒によって生成ガス中に含まれた一酸化炭素を二酸化炭素へ転換し、吸収液でこの二酸化炭素を吸収して回収し、除去する方法が一般的である。
尚、石炭ガス化システムでは、ガス化炉で石炭をガス化して生成ガスを製造するために、酸化剤として使用する酸素を空気から分離して製造する酸素製造装置を備えており、この酸素製造装置による酸素製造の副産物として空気から分離した窒素も製造されるので、石炭をガス化炉に乾式供給する場合は窒素が石炭の搬送に使用されている。
ところで、特開平１１―１１６９７５号公報では、ＣＯＳ変成器の触媒を保護するために該ＣＯＳ変成器の上流側にバイパス系統を配設し、このバイパス系統にガス中の酸素を燃焼させる燃焼器を設置したガス化発電プラントが開示されている。
しかしながら特開平１１―１１６９７５号公報に開示された技術は、軽油等の補助燃料を用いてガス化炉を昇温させる過程で発生した燃焼ガスに含まれる酸素から吸収塔の吸収液を保護する技術であって、後述する本願発明が対象とするガス化システムにおける一酸化炭素変換装置に係る技術とは直接関係しないものである。
石炭ガス化システムでは、酸素製造装置によって空気から酸素と同時に製造される窒素を、石炭ガス化システムの起動・停止時にパージ用として使用している。酸素製造装置は原料の空気から酸素と窒素を分離して製造するが、製造した窒素中には０．１％から０．５％程度の少量の酸素が含有されている。 ところで、石炭ガス化システムに備えられる一酸化炭素変換装置では、下記（１）式のような反応により、一酸化炭素を二酸化炭素に変換する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・ （１）
一酸化炭素変換装置には、（１）式で示されるシフト反応を促進する酸化鉄や銅を反応媒体とする触媒が用いられている。
一酸化炭素変換装置には、（１）式で示されるシフト反応を促進する酸化鉄や銅を反応媒体とする触媒が用いられている。
これらの触媒は、酸素存在下では、下記（１）式及び（２）式のような反応により、触媒活性がない酸化鉄や酸化銅に変化する。
４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｏ２ → ６Ｆｅ２Ｏ３＋１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２・・・ （２）
２Ｃｕ＋Ｏ２ → ２ＣｕＯ＋７４．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２ ・・・ （３）
したがって、石炭ガス化システムの酸素製造装置で空気から分離して製造した窒素を用いて一酸化炭素変換装置の起動や停止操作を実施する際に、製造した窒素中に含まれる少量の酸素によって一酸化炭素変換装置の触媒層で（２）式および（３）式による反応が発生して触媒の活性が低下すると共に、前記反応で発生した熱で触媒層の温度が上昇して触媒が損傷に至る事態も想定される。
２Ｃｕ＋Ｏ２ → ２ＣｕＯ＋７４．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２ ・・・ （３）
したがって、石炭ガス化システムの酸素製造装置で空気から分離して製造した窒素を用いて一酸化炭素変換装置の起動や停止操作を実施する際に、製造した窒素中に含まれる少量の酸素によって一酸化炭素変換装置の触媒層で（２）式および（３）式による反応が発生して触媒の活性が低下すると共に、前記反応で発生した熱で触媒層の温度が上昇して触媒が損傷に至る事態も想定される。
そうなると、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止することができなくなり、ひいては石炭ガス化システムを安全に運転することが困難になるという課題がある。
本発明の目的は、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させて、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムを提供することにある。
本発明の石炭ガス化システムは、空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換するシフト反応を促進する触媒を用いた一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、燃料ガスを前記燃焼装置に供給し、一酸化炭素変換装置の起動または停止操作を実施する際に、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを前記一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする。
本発明によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
本発明の実施例である石炭ガス化システムについて図面を引用して説明する。
本発明の第１実施例である石炭ガス化システムについて図１を用いて説明する。
図１において、本発明の第１実施例である石炭ガス化システムでは、空気４は空気圧縮機１０１で加圧されて酸素製造装置１００に供給され、この酸素製造装置１００にて空気４から酸素３及び窒素２を分離して酸素３と窒素２を製造する。
図示していない燃焼器或いは燃焼炉で燃焼させる燃料の石炭は、予め微粉砕された微粉炭１を、酸素製造装置１００で製造された窒素２を搬送媒体としてガス化炉２００に供給し、同時に酸素製造装置１００で製造された酸素３もガス化炉２００に供給し、前記ガス化炉２００にて微粉炭１はガス化されて石炭ガスとなる。
ガス化炉２００でガス化された石炭ガスは高温のガスであるので、ガス化炉２００の下流側に設置した熱回収装置２１０で石炭ガスが保有する熱を回収して蒸気を生成する。
熱回収装置２１０にて熱が回収された石炭ガスは冷却されて生成ガス５となり、ガス精製設備に供給される。ガス精製設備はサイクロン３００，フィルタ３１０，水洗塔３２０，脱硫装置３３０により構成されるが、これに限るものではない。熱回収装置２１０から供給される生成ガス５中には、石炭中の灰分やカーボン分が固体として含まれているので、熱回収装置２１０の下流側に設置したガス精製設備を構成するサイクロン３００及びフィルタ３１０によって生成ガス５中の灰分やカーボン分を脱塵する。
脱塵された石炭ガスは、生成ガス５中に含まれるアンモニア、塩化水素など、後段に配設した脱硫装置３３０の障害となる物質を除去するために、サイクロン３００及びフィルタ３１０の下流側に設置された水洗塔３２０を経て、脱硫装置３３０に供給される。
脱硫装置３３０には、通常、アミン類からなる吸収液が供給されており、この脱硫装置３３０によって生成ガス５中の硫化水素などの硫黄成分が除去され、精製ガス６となって脱硫装置３３０からその下流側に設置した熱交換器４０１，一酸化炭素変換装置４００，二酸化炭素吸収装置４１０へ供給される。
ところで、脱硫装置３３０の下流側に設置され、一酸化炭素変換装置４００には蒸気２１が供給されており、この一酸化炭素変換装置４００は通常は２００℃〜４５０℃の温度条件で運転される。
しかしながら、脱硫装置３３０で生成ガスを精製した精製ガス６の温度は約４０℃と低温であるで、熱交換器４０１によって精製ガス６を加熱し、前記一酸化炭素変換装置４００内で蒸気が凝縮しない温度となるように精製ガス６を昇温して供給する。
そして、前記一酸化炭素変換装置４００に供給された精製ガス６中の一酸化炭素は、この一酸化炭素変換装置４００内にて二酸化炭素に変換され、同時に、水蒸気の水素が水素ガスとなったシフトガス７として、一酸化炭素変換装置４００の下流側に設置され、二酸化炭素吸収装置４１０に供給される。
二酸化炭素吸収装置４１０には、通常、アミン系吸収液が供給されており、シフトガス７に含まれる二酸化炭素がアミン系吸収液に吸収され、脱炭酸ガス８として二酸化炭素吸収装置４１０から下流側のプロセス（図示を省略）に供給して処理する。
次に、上記石炭ガス化システムの起動又は停止時における運転方法について説明する。ガス化炉の起動又は停止時に、一酸化炭素変換装置４００にパージガスとして酸素製造装置１００から供給される窒素２は燃料貯蔵タンク１１００から燃料流量調整バルブ１１０４を介して供給した燃料ガス３０と共に燃焼装置１０００に供給され、燃焼する。なお、本実施例では燃料ガス３０の流量調節装置としてバルブを用いているが、他にオリフィス等を用いても良い。また、図１においては燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入するものを図示しているが、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成しても良い。
窒素２中に含まれた酸素は、燃焼装置１０００において燃料ガスとの酸化反応により完全に消費される。そして、燃焼装置１０００で燃焼して排出される燃焼ガスは、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスとして、一酸化炭素変換装置４００に供給される。具体的には脱硫装置３３０から熱交換器４０１を経由して一酸化炭素変換装置４００に至る配管系統であって、熱交換器４０１より上流側の配管系統に供給される。供給箇所はこれに限定されるものではない。
燃焼装置１０００には、低濃度の酸素ガスでも燃焼可能な燃焼触媒を用いることが、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスを生成するためには有効である。また燃焼装置１０００としては、窒素２中に含まれた酸素を完全に消費するものであれば何でも良い。
前記燃焼装置１０００で燃焼させて生成した燃焼ガス中には、一酸化炭素変換装置４００に充填された一酸化炭素転換触媒を酸化する酸素が含まれていないので、この燃焼ガスを用いて一酸化炭素変換装置４００を昇温したり、減温しても一酸化炭素転換触媒は還元状態で保持され、一酸化炭素変換装置４００を常に正常に運転することができる。
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
次に本発明の第２実施例である石炭ガス化システムについて図２を用いて説明する。
図２において、本発明の第２実施例である石炭ガス化システムは、図１に示した第１実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に、流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を設置した構成である。
即ち、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管上に第１の窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。なお、燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入せず、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成した場合は、この合流点より上流側の領域に窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。
更に、燃料ガス貯蔵装置１１００から供給した燃焼ガス３０を燃焼装置１０００で燃焼させて該燃焼装置１０００から燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管上であって、下記する合流点よりも上流側の領域に第２の窒素ガス供給バルブ１１０２を設置したものである。なお、本実施例では窒素ガス２の流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１，１１０２を用いているが、この代わりにオリフィス等を適用することも可能である。
前記燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管は、脱硫装置３３０で生成ガス中の硫黄成分を除去して精製した精製ガス６を該脱硫装置３３０から一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に設けた昇温のための熱交換器４０１の上流側へ接続したものである。
そして、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置４００を起動する場合には、燃焼装置１０００の入口側の窒素ガス供給バルブ１１０１を開、出口側の窒素ガス供給バルブ１１０２を開に操作すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することを開始してから、一酸化炭素変換装置４００を起動する。
また、この一酸化炭素変換装置４００を停止する場合には、窒素ガス供給バルブ１１０２，１１０１及び燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２が一酸化炭素変換装置４００に供給されてから、一酸化炭素変換装置４００の運転を停止する。
上記したように、窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を開操作して、燃焼装置１０００で酸素を消費させた窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することで、一酸化炭素変換装置の触媒を酸素から保護することができる。これにより、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として安全に使用することができる。
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
次に本発明の第３実施例である石炭ガス化システムについて図３を用いて説明する。
図３において、本発明の第３実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
本実施例の石炭ガス化システムは、ガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成したものである。具体的には、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部（又は全部）を分岐して燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３１を配設し、該配管３１の途中に、精製ガス６の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０３を設置した構成である。
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０３を開に操作することで、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部を、配管３１を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に精製ガス６が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０３は閉に操作される。
精製ガス６には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素並びに一酸化炭素が含まれている。
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素供給バルブ１１０１，１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した精製ガス６を燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼装置１０００で燃焼するものである。
上記した構成によって、精製ガス６の一部を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する精製ガスを有効に利用することができる。
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
次に本発明の第４実施例である石炭ガス化システムについて図４を用いて説明する。
図４において、本発明の第４実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
本実施例の石炭ガス化システムは、図３と同様にガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成した実施例である。具体的には、窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして、二酸化炭素回収装置の二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を利用するものであり、そのために二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３２を配設し、該配管３２の途中に、脱炭酸ガス８の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０５を設置した構成である。
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０５を開に操作することで、二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を、配管３２を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に脱炭酸ガス８が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０５は閉に操作される。
脱炭酸ガス８には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素が含まれている。
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素ガス供給バルブ１１０１，バルブ１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した脱炭酸ガス８を、燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼するものである。
上記した構成によって、脱炭酸ガス８を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する脱炭酸ガスを有効に利用することができる。
なお、図４では燃焼装置１０００で用いる燃料ガス３０の供給元として、二酸化炭素吸収装置４１０を経由した脱炭酸ガス８を供給するものを図示しているが、一酸化炭素変換装置４００で二酸化炭素にシフト変換されたシフトガス７を供給するようにしても良い。
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
次に本発明の第５実施例である石炭ガス化システムについて図５を用いて説明する。
図５において、本発明の第５実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置で製造した窒素中の酸素を消費するための運転制御を行うようにしたものである。
酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管にこの窒素２に含まれた少量の酸素の濃度を検出する酸素濃度計５０を設置して、前記酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０を酸素濃度制御装置２０００に入力する。
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料を燃焼装置１０００に供給する配管上に燃料ガス流量調整バルブ１１０４を設置し、更に、前記配管上の燃料貯蔵装置１１００から燃料ガス流量調整バルブ１１０４に至る領域に燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度と一酸化炭素濃度の両方、又は何れか一方を測定する燃料ガス濃度計５１を設置し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。なお、燃料ガス濃度計としては、燃料ガスの成分に水素が含まれている場合には水素濃度、一酸化炭素が含まれている場合には一酸化炭素濃度、両者が含まれている場合には水素濃度及び一酸化炭素濃度の測定機器が用いられる。
酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する窒素２の流量を調節する窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２は、制御装置２０００にて酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０に基づいて演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
酸素濃度計５０で計測された窒素２中の酸素濃度信号７０は、例えば、酸素濃度が０．１％であったとすると、０．１％の酸素濃度信号が制御装置２０００に入力される。
制御装置２０００によって制御される窒素２の流量は窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号として、例えば、２００ｍＮ ３／ｈの流量が制御装置２０００で演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２として窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されていた燃料ガス中の燃料ガス成分、例えば、水素や一酸化炭素の濃度は、燃料ガス濃度計５１で測定され、該燃料ガス濃度計５１で測定された水素濃度および／又は一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３が酸素濃度制御装置２０００に入力される。
制御装置２０００における制御アルゴリズムは、例えば、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されている燃料が水素である場合は、水素による酸素の消費は（４）式の反応で示される。
２Ｈ２＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ ・・・ （４）
すなわち、酸素１モルに対し、２モルの水素が必要である。窒素２のガス流量は２００ｍＮ ３／ｈであるから、窒素２中の酸素流量は、
２００ｍＮ ３／ｈ×０．１％＝０．２ｍＮ ３／ｈ＝０．２×１０００／２２．４１４ ＝８．９２３モル／ｈ
となり、この酸素を燃焼するための水素量は、
２×８．９２３＝１７．８４６ モル／ｈ
となる。
すなわち、酸素１モルに対し、２モルの水素が必要である。窒素２のガス流量は２００ｍＮ ３／ｈであるから、窒素２中の酸素流量は、
２００ｍＮ ３／ｈ×０．１％＝０．２ｍＮ ３／ｈ＝０．２×１０００／２２．４１４ ＝８．９２３モル／ｈ
となり、この酸素を燃焼するための水素量は、
２×８．９２３＝１７．８４６ モル／ｈ
となる。
燃料ガス中の燃料成分である水素濃度が２０％であったとすると、必要な燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．２＝８９．２３モル／ｈ＝２ｍＮ ３／ｈ
となるので、燃料ガス流量調節バルブ１１０４の開度は、２ｍＮ ３／ｈを流すために必要な開度指令７３を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
１７．８４６／０．２＝８９．２３モル／ｈ＝２ｍＮ ３／ｈ
となるので、燃料ガス流量調節バルブ１１０４の開度は、２ｍＮ ３／ｈを流すために必要な開度指令７３を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
次に、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料ガスを使用する場合には、燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度を燃料ガス濃度計５１により測定し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。
そして、制御装置２０００では前記水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度指令７１を演算し、制御装置２０００から開度指令７１を燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
なお、上記では燃料ガスの燃料成分が水素である場合について説明したが、一酸化炭素の場合も同様に、測定した燃料ガス中の窒素濃度に基づいて制御することにより、酸素製造装置１００からの窒素２中の酸素を消費させることが可能となる。
また、図２及び図３に示す実施例のように、脱硫装置３３０で精製される精製ガス６の一部を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給するように構成すれば、燃焼装置１０００で燃焼させる燃料ガスとして使用することが可能となる。このとき、図３の実施例の場合には水素及び一酸化炭素、図４の実施例の場合には水素が酸素の消費に用いられることとなる。
次に、燃料ガス中に一酸化炭素と水素の両方を含む場合の制御方法について説明する。先ず、一酸化炭素の燃焼は次式に示すように、（５）式で示した水素と同様に１モルの酸素を消費するためには２モルの一酸化炭素が必要である。
２ＣＯ＋Ｏ２ → ２ＣＯ２ ・・・ （５）
窒素２に含まれる酸素を消費するには、水素および一酸化炭素は等しいモル数であるので、窒素２中に含まれる酸素のモル数、例えば、前記例では８．９２３モル／ｈの場合には、水素および一酸化炭素の合計モル数が該酸素モル数の２倍の１７．８４６モル／ｈの流量が必要である。
窒素２に含まれる酸素を消費するには、水素および一酸化炭素は等しいモル数であるので、窒素２中に含まれる酸素のモル数、例えば、前記例では８．９２３モル／ｈの場合には、水素および一酸化炭素の合計モル数が該酸素モル数の２倍の１７．８４６モル／ｈの流量が必要である。
したがって、燃料ガス中の水素濃度が２０モル％で、一酸化炭素濃度が５５モル％の場合には、燃料ガス中の燃料の濃度は７５モル％であるので、燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．７５＝２３．８０モル／ｈ＝０．５３４ｍＮ ３／ｈ
となり、２０モル％の水素で酸素を消費する場合の約２５％の燃料ガス流量でよいことになる。
１７．８４６／０．７５＝２３．８０モル／ｈ＝０．５３４ｍＮ ３／ｈ
となり、２０モル％の水素で酸素を消費する場合の約２５％の燃料ガス流量でよいことになる。
その結果、燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度は、０．５３４ｍＮ ３／ｈを流すために必要な開度指令７１を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
以上のように制御することにより、窒素２に含まれる酸素を消費するのに必要十分な燃料を供給できるので、酸素製造装置１００で製造した窒素により、二酸化炭素回収設備を構成する一酸化炭素変換装置４００の昇温、起動あるいは停止などの操作を、一酸化炭素変換装置４００内の一酸化炭素変換触媒の活性を低下させずに実施することができる。
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに適用可能である。
１：微粉炭、２：窒素、３：酸素、４：空気、５：生成ガス、６：精製ガス、７：シフトガス、８：脱炭酸ガス、２１：蒸気、３０：燃料ガス、３１：精製ガス、５０：酸素濃度計、７０：酸素濃度信号、７１：燃料ガス調整弁開度信号、７２：蒸気調整弁開度信号、１００：酸素製造装置、１０１：空気圧縮機、２００：ガス化炉、２１０：熱回収装置、３００：サイクロン、３１０：フィルタ、３２０：水洗塔、３３０：脱硫装置、４００：一酸化炭素変換装置、４０１：熱交換器、４１０：二酸化炭素吸収装置、２１：蒸気、１０００：燃焼装置、１１００：燃料ガス貯蔵装置、１１０１：窒素ガス供給バルブ、１１０２：窒素ガス供給バルブ、１１０３：燃料ガス供給バルブ、１１０４：燃料流量調整バルブ、１１０５：燃料ガス供給バルブ、２０００：制御装置。
Claims (5)
- 空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換するシフト反応を促進する触媒を用いた一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、燃料ガスを前記燃焼装置に供給し、一酸化炭素変換装置の起動または停止操作を実施する際に、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを前記一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする石炭ガス化システム。 - 請求項１に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記精製ガスを貯蔵し前記燃焼装置に燃料ガスとして供給すること特徴とする石炭ガス化システム - 請求項１又は請求項２に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第１の流量調節装置と、前記燃焼装置から前記一酸化炭素変換装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第２の流量調節装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。 - 請求項３に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記燃焼装置に燃料として供給される燃料ガスの流量を調節する第３の流量調節装置を設置したことを特徴することを特徴とする石炭ガス化システム。 - 請求項４に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記燃焼装置に供給される燃料ガス中の水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度を検出する燃料ガス濃度計と、
前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第１の流量調節装置を通流する窒素ガスの流量を制御すると共に、前記燃料ガス濃度計で測定された水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度並びに前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第３の流量調節装置を通流する燃料ガスの流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010017513A JP5465028B2 (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 石炭ガス化システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010017513A JP5465028B2 (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 石炭ガス化システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011157407A JP2011157407A (ja) | 2011-08-18 |
| JP5465028B2 true JP5465028B2 (ja) | 2014-04-09 |
Family
ID=44589639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010017513A Active JP5465028B2 (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 石炭ガス化システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5465028B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5389753B2 (ja) * | 2010-07-27 | 2014-01-15 | 株式会社日立製作所 | 石炭ガス化ガスのｃｏ２分離回収装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3149561B2 (ja) * | 1992-09-17 | 2001-03-26 | 石川島播磨重工業株式会社 | ガス化複合発電システム |
| JP5213745B2 (ja) * | 2009-02-12 | 2013-06-19 | 中国電力株式会社 | 石炭ガス化ガスからの二酸化炭素回収システム |
-
2010
- 2010-01-29 JP JP2010017513A patent/JP5465028B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011157407A (ja) | 2011-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20100077767A1 (en) | Emission free integrated gasification combined cycle | |
| JP5445027B2 (ja) | 循環流動層ガス化設備のガス処理方法及び装置 | |
| JP5215185B2 (ja) | 少なくとも１つのガスタービンにより製造される酸素含有ガスを用いて合成ガスを製造するための方法 | |
| US20110120012A1 (en) | Minimal sour gas emission for an integrated gasification combined cycle complex | |
| US8551416B2 (en) | System for recovering high-purity CO2 from gasification gas containing CO, CO2, COS and H2S | |
| JP5979672B2 (ja) | 火力発電プラントの運転方法 | |
| JP2013241923A (ja) | 炭素系燃料のガス化発電システム | |
| JP2011168628A (ja) | ガス精製方法及びガス精製設備 | |
| JP6917266B2 (ja) | ガス燃焼処理装置及び燃焼処理方法、ガス燃焼処理装置を備えたガス精製システム | |
| JP5465028B2 (ja) | 石炭ガス化システム | |
| JP6200731B2 (ja) | ガス化発電システムの制御方法 | |
| WO2011105176A1 (ja) | ケミカルループ反応システム及びこれを用いた発電システム | |
| JP5733974B2 (ja) | Ｃｏシフト変換システム及び方法、石炭ガス化発電プラント | |
| WO2014171393A1 (ja) | ガス化ガス生成システム | |
| JP5387688B2 (ja) | ガス化設備のアンモニア処理方法及び装置 | |
| JP5863519B2 (ja) | ガス化プラント | |
| JP7086675B2 (ja) | ガス化炉システム | |
| JP6033064B2 (ja) | Ｃｏシフト反応装置及び該ｃｏシフト反応装置を備えた石炭ガス化システム | |
| JP2006152081A (ja) | 石炭ガス化プラントおよびその運転方法 | |
| JP6343474B2 (ja) | サワーシフト触媒のスタートアップ方法 | |
| CN112443398A (zh) | 碳系燃料的气化发电系统 | |
| JP5339937B2 (ja) | タール分解設備およびその立ち上げ方法 | |
| JP5514133B2 (ja) | Ｃｏ２の回収方法及びｃｏ２の回収装置 | |
| KR20160141026A (ko) | 폐열회수 보일러 | |
| JPH11197627A (ja) | 廃棄物処理システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131112 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131216 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140114 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140121 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5465028 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |