JP5882393B2

JP5882393B2 - ガス供給システム

Info

Publication number: JP5882393B2
Application number: JP2014110210A
Authority: JP
Inventors: 賢剛中川; 寛之講武; 紀征岩見; 坂田　進; 進坂田; 健司藤田; 一騎大平
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: JP2015224727A

Description

本発明は、石炭を原料として製造される合成ガスを供給するガス供給システムに関するものである。

近年、石油および天然ガスの価格上昇に伴い安価でかつ幅広い地域に存在する石炭の利用が見直されている。

しかし例えば石炭を固体のまま発電用に利用する従来の方法では、天然ガスを燃料とするコンバインドサイクルに比べて発電効率は２０％程度低くなる。

また石炭も固体のままでは発電プラントあるいは製鉄用などの利用に留まり、石油あるいは天然ガスのように石油化学プラントの原料としての利用は困難である。

そのため発電効率の高いコジェネレーションシステムを備える発電プラントに石炭を燃料として利用するため、あるいは石炭の新たな用途として石油化学プラントへ原料として利用するため石炭をガス化し、合成ガスを製造するガス化炉が開発されている。

ここで現在のガス化炉は運転負荷が変動するとガス化炉の運転が不安定化する傾向にあり、そのためガス化炉の連続運転時間が短縮される傾向にある。

現在のガス化炉の連続運転時間は最長でも２〜３千時間程度であるため、発電プラントの燃料用あるいは石油化学プラントの原料用としての連続運転時間は短い。

この連続運転時間の短さを補うためガス化炉の複数設置は必須であるが、運転負荷の変動によりガス化炉の連続運転時間が更に短くなると設置するガス化炉の基数が増加し、設備費用を押し上げる原因となる。

そのためガス化炉の負荷変動を回避しつつ、ガス化炉の利用先で合成ガスを経済的に利用するため特許文献１のような方法が提案されている。

特表２００８−５１９９３６号公報

しかし特許文献１に記載の変動する電力文献を満足させる方法では、電力と化学品を断続的に生産する必要がある。

ここで発電プラントおよび石油化学プラントのどちらも運転負荷を変動させること自体は可能であるが、特に石油化学プラントでは一旦装置を停止すると再起動には数時間〜数日を要するのが一般的である。

そのため特許文献１に記載の方法は現実には適用することは難しいという課題がある。

本発明はこの課題に鑑み、ガス化炉の設備費用を可能な限り抑制しつつ、かつ発電プラントや石油化学プラントといった複数の合成ガスを利用するガスユーザーの連続運転を可能とするガス供給システムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るガス供給システムは、複数のガスユーザーに合成ガスを供給する複数のガス化炉を備えるガス供給システムであって、前記ガス化炉とヘッダー配管を接続するガス供給配管と、前記ヘッダー配管と前記ガスユーザーを接続するガス分配配管と、前記ガス分配配管上に設置された圧力検出手段と、前記ガス分配配管上であって前記ヘッダー配管と前記圧力検出手段の間に設置された制御バルブと、前記圧力検出手段で検出された値に応じて前記制御バルブの開度を制御可能なように、前記圧力検出手段と前記制御バルブに接続された制御装置と、を備え、前記制御装置は、予め設定された優先順位の高いガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記圧力検出手段で検出された値が予め設定された閾値以下となった場合、優先順位の低い前記ガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記制御バルブを徐々に閉じることを特徴とする。

（２）また本発明に係るガス供給システムは、（１）に記載のガス供給システムにおいて、前記ガス化炉の運転負荷を制御可能なように前記ガス化炉それぞれと前記制御装置が接続され、前記制御装置は、予め設定された優先順位の高いガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記圧力検出手段で検出された値が予め設定された閾値以下となった場合であって前記ガス化炉のうち合成ガス生産余力のあるガス化炉がある場合、優先順位の低い前記ガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記制御バルブを徐々に閉じる前に、合成ガス生産余力のある前記ガス化炉の合成ガス生産量を増加させる制御を行うことを特徴とする。

（３）また本発明に係るガス供給システムは、（１）または（２）に記載のガス供給システムにおいて、前記ガス化炉で生成される合成ガスは石炭を原料とすることを特徴とする。

（１）に記載のガス供給システムによれば、合成ガスの需要量が供給量を上回りそうになった場合、優先順位の低いガスユーザーへの合成ガス供給量を削減することでガス化炉の負荷変動を回避しつつ、予め設定された優先順位の高いガスユーザーへの合成ガスの供給量を維持し、優先順位の低いガスユーザーへの合成ガスの供給も維持できるため、優先順位の低いガスユーザーの運転も継続することが可能となる。

（２）に記載のガス供給システムによれば、ガス化炉の生産力を最大限活用しながら、ガス化炉の生産力を上回る量の合成ガス需要があった場合のみ優先順位の低いガスユーザーへの合成ガスの供給量を削減するので、合成ガス供給システムとしての効率を最大限発揮することが可能となる。

（３）に記載のガス供給システムによれば、安価な石炭を合成ガスの原料として使用することで高い経済性を持つガス供給システムを実現することが可能となる。

第一実施形態に係るガス供給システムの模式図である。第二実施形態に係るガス供給システムの模式図である。

以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。かかる実施形態は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第一実施形態）

図１は第一実施形態に係るガス供給システム１００の模式図である。

まずガス供給システム１００の構成について説明する。このガス供給システム１００では４基のガス化炉と３つのガスユーザーを備えている。

ガス化炉１０ａ〜１０ｄとヘッダー配管１２はガス供給配管１４ａ〜１４ｄにより接続されている。

ヘッダー配管１２とガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃはガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃで接続されており、ガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃ上には圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃが設置されている。ここで圧力検出手段とは圧力センサー等の圧力を逐次検出することのできる機器である。

ガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃ上であってヘッダー配管１２と圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃの間には制御バルブ２２Ａ〜２２Ｃが設置され、圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃで検出された値に応じて制御バルブ２２Ａ〜２２Ｃの開度を制御可能なように、圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃと制御バルブ２２Ａ〜２２Ｃに制御装置２４が接続されている。

次にガス供給システム１００の動作について説明する。

ガス化炉１０ａ〜１０ｄに合成ガスの原料として石炭が投入され、合成ガスの製造が開始されると、合成ガスはヘッダー配管１２にガス供給配管１４ａ〜１４ｄを通じて送られる。なおガス化炉１０ａ〜１０ｄは全てが起動される必要はなく、ガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃでの必要量に応じて必要な基数が起動される。

合成ガスはヘッダー配管１２に集められ、ガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃでの必要量に応じてガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃを通じてガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃに供給される。

ここでガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃは発電プラントや各種の石油化学プラントであるが、ガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃそれぞれの運転に応じて、必要な合成ガスの量が供給される。

ここで例えばガスユーザーが発電プラントの場合、電力需要の一日の中の最大値と最小値では倍程度の差となることは珍しくないので、発電プラントで必要とされる合成ガスの必要量もそれに応じて変動する。

ガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃは予め優先順位が設定されており、例えば優先順位の高い順に１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ等と優先順位が設定されている。なおこの優先順位は必要に応じて自由に変更することが可能である。

ガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃ上に設置された圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃはガス分配配管１８Ａ〜１８Ｃの圧力を逐次検出しており、検出された圧力値は制御装置２４に送られる。

制御装置２４では圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃで検出される圧力値について、予め閾値を設定している。

圧力検出手段２０Ａ〜２０Ｃで検出された圧力値のうち、いずれかがもし予め設定された閾値を下回った場合で（つまりガスユーザー側での合成ガスの需要量がガス化炉からの供給量を上回りそうな場合）、かつその圧力検出手段が設置されているガス供給配管が合成ガスを供給しているガスユーザーよりも低い優先順位のガスユーザーがある場合には、制御装置２４は、その優先順位の低いガスユーザーに接続されているガス供給配管上に設置されている制御バルブを徐々に閉じる制御を実行する。

例えばガスユーザーの優先順位が高い方から順に１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃであった場合、圧力検出手段２０Ａの圧力値が閾値を下回った場合、制御装置２４はガスユーザー１６Ｃに接続されているガス分配配管１８Ｃ上に設置されている制御バルブ２２Ｃを徐々に閉じるように制御し、ガスユーザー１６Ｃへの合成ガスの供給量を削減する。

この制御を行った後でも圧力検出手段２０Ａの圧力値が閾値を超えない場合には、制御装置２４はガスユーザー１６Ｂに合成ガスを供給するガス分配配管１８Ｂ上に設置されている制御バルブ２２Ｂを徐々に閉じる制御を行い、ガスユーザー１６Ｂへの合成ガス供給量を削減する。

この制御によりガス化炉の運転負荷は変動させることなく優先順位の高いガスユーザーに対しては充分な合成ガスを供給しつつ、優先順位の低いガスユーザーに対しても可能な限り合成ガス供給を途絶させることなく、運転を継続する。

これによりガスユーザー１６Ａ〜１６Ｃで必要な合成ガス量が変動した場合であっても、ガス化炉１０ａ〜１０ｄでの負荷変動を回避しつつ、かつ優先順位低いガスユーザーへの合成ガス供給途絶を可能な限り回避し、運転を継続するという顕著な効果を有する。
（第二実施形態）

図２は第二実施形態に係るガス供給システム２００の模式図である。

このガス供給システム２００について第一実施形態に係るガス供給システム１００と異なる点を説明する。

このガス供給システム２００では、ガス化炉１０ａ〜１０ｄそれぞれの運転負荷を制御可能なように制御装置２４と接続されている。

第一実施形態に係るガス供給システム１００と異なる点は、制御装置２４は優先順位の低いガスユーザーへの合成ガス供給量を削減するために制御バルブ２２Ａ〜２２Ｃを徐々に閉じる制御を行う前にガス化炉１０ａ〜１０ｄのいずれかに合成ガスの生産余力がある場合にはそのガス化炉での合成ガス生産量を増加させる制御を行う。

これによりガス化炉１０ａ〜１０ｄの生産力を有効に活用し合成ガスの供給量を可能な限り必要量に近づけることが可能となり、合成ガスを供給するガス供給システムとしての安定性が向上するという顕著な効果を有する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明した。

当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、石炭を原料として製造される合成ガスを供給するガス供給システムとして利用することができる。

１００：ガス供給システム、２００：ガス供給システム、１０ａ〜１０ｄ：ガス化炉、１２：ヘッダー配管、１４ａ〜１４ｄ：ガス供給配管、１６Ａ〜１６Ｃ：ガスユーザー、１８Ａ〜１８Ｃ：ガス分配配管、２０Ａ〜２０Ｃ：圧力検出手段、２２Ａ〜２２Ｃ：制御バルブ、２４：制御装置

Claims

複数のガスユーザーに合成ガスを供給する複数のガス化炉を備えるガス供給システムであって、
前記ガス化炉とヘッダー配管を接続するガス供給配管と、
前記ヘッダー配管と前記ガスユーザーを接続するガス分配配管と、
前記ガス分配配管上に設置された圧力検出手段と、
前記ガス分配配管上であって前記ヘッダー配管と前記圧力検出手段の間に設置された制御バルブと、
前記圧力検出手段で検出された値に応じて前記制御バルブの開度を制御可能なように、前記圧力検出手段と前記制御バルブに接続された制御装置と、を備え、
前記制御装置は、予め設定された優先順位の高いガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記圧力検出手段で検出された値が予め設定された閾値以下となった場合、優先順位の低い前記ガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記制御バルブを徐々に閉じることを特徴とするガス供給システム。
前記ガス化炉の運転負荷を制御可能なように前記ガス化炉それぞれと前記制御装置が接続され、
前記制御装置は、予め設定された優先順位の高いガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記圧力検出手段で検出された値が予め設定された閾値以下となった場合であって前記ガス化炉のうち合成ガス生産余力のあるガス化炉がある場合、優先順位の低い前記ガスユーザーに接続された前記ガス分配配管上の前記制御バルブを徐々に閉じる前に、合成ガス生産余力のある前記ガス化炉の合成ガス生産量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。
前記ガス化炉で生成される合成ガスは石炭を原料とすることを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給システム。