JP5493481B2

JP5493481B2 - 循環流動層式ガス化方法及び装置

Info

Publication number: JP5493481B2
Application number: JP2009137791A
Authority: JP
Inventors: 新治向井; 榮千々岩
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: JP2010285461A

Description

本発明は、循環流動層式ガス化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原料を用い、ガス化ガスを生成する循環流動層式ガス化装置の開発が進められている。

図２は従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示すものであって、該循環流動層式ガス化装置は、前記原料が投入され且つガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動媒体（硅砂等）の流動層１を形成して前記原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に抜出管３を介して導入され且つ空気又は酸素等の燃焼炉流動用ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５の燃焼排ガスを抜き出す排ガス配管６途中に設けられ且つ前記燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に供給するサイクロン等の媒体分離装置８とを備えてなる構成を有している。

尚、図２中、９は前記原料をガス化炉２に投入する原料投入管、１０は前記ガス化炉２の底部に形成されたウインドボックス、１１は該ウインドボックス１０へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉２内部へ均一に吹き込んで流動層１を形成するための散気板、１２は前記燃焼炉５の底部に形成されたウインドボックス、１３は該ウインドボックス１２へ導入される燃焼炉流動用ガスを燃焼炉５内部へ均一に吹き込んで流動層４を形成するための散気板である。

前述の如き循環流動層式ガス化装置においては、通常運転時、ガス化炉２において、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスによりウインドボックス１０の散気板１１上に流動層１が形成されており、ここに原料投入管９から石炭等の原料を投入すると、該原料は水蒸気ガス化してガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に抜出管３を介し抜き出されて、前記燃焼炉流動用ガスによりウインドボックス１２の散気板１３上に流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの燃焼排ガスは、排ガス配管６を介して媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記燃焼排ガスから流動媒体が分離され、該分離された流動媒体は媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。

ここで、前記燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化炉２の高温が保持されると共に、原料の熱分解によって生成したガスや、その残渣原料が水蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂］が起こり、Ｈ₂やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。

前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、図示していないサイクロン等の媒体分離装置で煤塵等が分離除去された後、化学プラント或いはガスタービン等に供給される一方、前記媒体分離装置８で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、排ガス処理設備へ送られる。

因みに、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転中の熱不足時、即ち前記ガス化炉２において原料のガス化のための充分な熱が得られないような場合には、前記ガス化炉２へ供給される原料と同じ石炭等の燃料が補助的に前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、不足する熱を補うようになっている。又、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転に到る前段階での循環予熱運転時には、前記ガス化炉２への原料の投入は行わずに、該ガス化炉２の底部から水蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、前記石炭等の燃料が予熱用として前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、該燃焼炉５での燃料の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、循環流動層式ガス化装置の循環予熱が行われるようになっている。

尚、前述の如き循環流動層式ガス化装置と関連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２００７−１１２８７３号公報

しかしながら、前述の如き従来の循環流動層式ガス化装置の場合、前記原料を原料投入管９からガス化炉２内部の一側（上流側）に投入すると共に、前記媒体分離装置８で分離された流動媒体を媒体流下管７を介してガス化炉２内部の一側に戻し、該ガス化炉２内部の流動媒体及び可燃性固形分を前記ガス化炉２の他側（下流側）に接続された抜出管３から抜き出して燃焼炉５へ導入する構造となっているため、ガス化炉２内部での流動媒体の滞留時間が短くなるという不具合を有していた。

前記ガス化炉２内部での流動媒体の滞留時間を長くして、原料のガス化反応時間を確保するためには、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くする必要があるが、該ガス化炉２の長さを長くすると、製作費や改修費が嵩むと共に、設置スペースも広くする必要があり、好ましくなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス化炉を一方向へ長大化することなく、ガス化炉内部での流動媒体の滞留時間を長くして、原料のガス化反応時間を確保し得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、ガス化炉でガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共に燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記原料を前記ガス化炉内部の一側に投入すると共に、前記媒体分離装置で分離された流動媒体を前記ガス化炉内部の一側に戻し、該ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を前記ガス化炉の他側から抜き出して前記燃焼炉へ導入し、前記ガス化炉内底部に該ガス化炉内部の一側から他側へ向け上り階段状となるよう階段状散気板を設置し、該階段状散気板の上に形成される流動空間を、上面レベルを前記流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させた仕切板により、前記ガス化炉内部の一側から他側へ向かう方向へ前記階段状散気板の段差部において底部が連通路で連通されるよう仕切り、
前記階段状散気板の上に形成され仕切板で仕切られた流動空間の各流動層の流動媒体が前記連通路を経て前記ガス化炉内部の一側から他側へ向け順次移動すると共に、前記流動媒体が前記仕切板を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉内部の他側から一側へ向け順次戻るようにしたことを特徴とする循環流動層式ガス化方法にかかるものである。

又、本発明は、ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記原料をガス化炉に投入する原料投入管と、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記媒体分離装置で分離された流動媒体をガス化炉に戻す媒体流下管と、
前記ガス化炉の他側に接続され且つ前記ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を抜き出して前記燃焼炉へ導入する抜出管と、
前記ガス化炉内底部に該ガス化炉内部の一側から他側へ向け上り階段状となるよう設置された階段状散気板と、
該階段状散気板の上に形成される流動空間を前記ガス化炉内部の一側から他側へ向かう方向へ前記階段状散気板の段差部において底部が連通路で連通されるよう仕切り且つ上面レベルを前記抜出管における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させた仕切板と
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く構成すると、階段状散気板の上に形成され仕切板で仕切られた流動空間の各流動層の流動媒体が底部の連通路を経てガス化炉内部の一側から他側へ向け順次移動すると共に、前記流動媒体が前記仕切板を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉内部の他側から一側へ向け順次戻るようになることから、前記ガス化炉の他側の上部から流動媒体が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉内部での流動媒体の滞留時間が長くなり、原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、これにより、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなくなる。

ここで、前記階段状散気板の上に形成され仕切板で仕切られた流動空間の各流動層の上面レベルは等しくなるため、該流動空間の各流動層におけるガス化炉流動用ガスの圧力損失は、ガス化炉内部の一側から他側へ向け低くなり、該仕切板で仕切られた流動空間の各流動層の流動媒体は、ガス化炉内部の一側から他側へ向けて高く流動化されることとなり、これにより、前記流動空間の各流動層における流動媒体が前記仕切板を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉内部の他側から一側へ向け順次戻ることとなる。

本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置によれば、ガス化炉を一方向へ長大化することなく、ガス化炉内部での流動媒体の滞留時間を長くして、原料のガス化反応時間を確保し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す全体概要構成図である。従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示す全体概要構成図である。

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は本発明の実施例であって、図中、図２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２に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス化炉２内底部に、該ガス化炉２内部の一側から他側へ向け上り階段状となるよう階段状散気板１１を設置し、該階段状散気板１１の上に形成される流動空間１６を、上面レベルを抜出管３における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させた仕切板１４により、前記ガス化炉２内部の一側から他側へ向かう方向へ前記階段状散気板１１の段差部において底部が連通路１５で連通されるよう仕切った点にある。ここで、前記仕切板１４の上面レベルを抜出管３における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させているのは、仮に、前記仕切板１４の上面レベルを抜出管３における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルより高くすると、流動媒体及び可燃性固形分が抜出管３から大部分抜き出されてしまい、逆に、前記仕切板１４の上面レベルを抜出管３における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルより低くすると、流動媒体及び可燃性固形分が抜出管３から抜き出されずに、前記仕切板１４を乗り越えるようにガス化炉２内部の他側から一側へ向け戻ってしまうためである。

本実施例の場合、前記上り階段状とした階段状散気板１１の段数は四段とし、該階段状散気板１１の段差部に三枚の仕切板１４をガス化炉２内部の一側から他側へ向かう方向へ等間隔に配設することにより、四個の流動層１ａを形成してあるが、前記階段状散気板１１の段数は四段に限らず、複数段であれば何段でも良く、それに合わせて前記仕切板１４の枚数を決定すれば良い。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前述の如く構成すると、階段状散気板１１の上に形成され仕切板１４で仕切られた流動空間１６の各流動層１ａの流動媒体が底部の連通路１５を経てガス化炉２内部の一側から他側へ向け順次移動すると共に、前記流動媒体が前記仕切板１４を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉２内部の他側から一側へ向け順次戻るようになることから、前記ガス化炉２の他側の上部から流動媒体が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉２内部での流動媒体の滞留時間が長くなり、原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、これにより、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなくなる。

ここで、前記階段状散気板１１の上に形成され仕切板１４で仕切られた流動空間１６の各流動層１ａの上面レベルは等しくなるため、該流動空間１６の各流動層１ａにおけるガス化炉流動用ガスの圧力損失は、ガス化炉２内部の一側から他側へ向け低くなり、該仕切板１４で仕切られた流動空間１６の各流動層１ａの流動媒体は、ガス化炉２内部の一側から他側へ向けて高く流動化されることとなり、これにより、前記流動空間１６の各流動層１ａにおける流動媒体が前記仕切板１４を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉２内部の他側から一側へ向け順次戻ることとなる。

こうして、ガス化炉２を一方向へ長大化することなく、ガス化炉２内部での流動媒体の滞留時間を長くして、原料のガス化反応時間を確保し得る。

尚、本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置は、上述の実施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。

１ａ流動層
２ガス化炉
３抜出管
４流動層
５燃焼炉
７媒体流下管
８媒体分離装置
９原料投入管
１０ウインドボックス
１１階段状散気板
１４仕切板
１５連通路
１６流動空間

Claims

ガス化炉でガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共に燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記原料を前記ガス化炉内部の一側に投入すると共に、前記媒体分離装置で分離された流動媒体を前記ガス化炉内部の一側に戻し、該ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を前記ガス化炉の他側から抜き出して前記燃焼炉へ導入し、前記ガス化炉内底部に該ガス化炉内部の一側から他側へ向け上り階段状となるよう階段状散気板を設置し、該階段状散気板の上に形成される流動空間を、上面レベルを前記流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させた仕切板により、前記ガス化炉内部の一側から他側へ向かう方向へ前記階段状散気板の段差部において底部が連通路で連通されるよう仕切り、
前記階段状散気板の上に形成され仕切板で仕切られた流動空間の各流動層の流動媒体が前記連通路を経て前記ガス化炉内部の一側から他側へ向け順次移動すると共に、前記流動媒体が前記仕切板を乗り越えるようにオーバーフローして前記ガス化炉内部の他側から一側へ向け順次戻るようにしたことを特徴とする循環流動層式ガス化方法。
ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記原料をガス化炉に投入する原料投入管と、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記媒体分離装置で分離された流動媒体をガス化炉に戻す媒体流下管と、
前記ガス化炉の他側に接続され且つ前記ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を抜き出して前記燃焼炉へ導入する抜出管と、
前記ガス化炉内底部に該ガス化炉内部の一側から他側へ向け上り階段状となるよう設置された階段状散気板と、
該階段状散気板の上に形成される流動空間を前記ガス化炉内部の一側から他側へ向かう方向へ前記階段状散気板の段差部において底部が連通路で連通されるよう仕切り且つ上面レベルを前記抜出管における流動媒体及び可燃性固形分の抜出高さレベルに一致させた仕切板と
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。