JP5911137B2 - ガス化システム - Google Patents

Description

本発明は、ガス化システムに係り、特に、炭素系固体原料をガス化させて可燃性ガスを生成させるガス化炉を備えたガス化システムに関する。

例えば、微粉砕された石炭を高温のガス化炉に酸化剤とともに供給し、一酸化炭素及び水素を主成分とする可燃性ガスを生成させる一方、可燃性ガスとともに発生する灰を有害成分のないスラグに変換して回収する気流層石炭ガス化法が知られている。この種のガス化システムは、プラント効率が高く、環境保全性に優れ、適用可能な原料種が多い等の優れた特徴を有しており、例えば、石炭ガス化複合発電システムや石炭ガス化燃料電池複合発電システム等の次世代の火力発電システム、或いは、石炭液化用や化学原料用等の水素製造システム等への適用が検討されている。

その一方で、地球温暖化対策として、ガス化炉から排出された可燃性ガスを圧縮し、可燃性ガスから分離された二酸化炭素を回収することにより、大気中への二酸化炭素の放出を抑制する技術が注目されている。

図２に、気流層石炭ガス化法を適用したガス化システムの従来例を示す。ガス化炉１１は、上下２段のバーナ１２，１３から微粉炭と酸化剤が供給されるガス化室１４と、ガス化室１４の上方（下流側）の流路断面積を減少させてガス化室で生成された可燃性ガスを排出する絞り部１５と、絞り部１５を通過した可燃性ガスを冷却する熱回収部１６と、ガス化室１４の下方のクエンチ水１７を貯留する炉底部１８を有している。

ガス化炉１１のガス化室１４には、原料供給ホッパ１９に貯留された微粉炭が窒素等により気流搬送されて上段バーナ１３及び下段バーナ１４から供給されるとともに、酸化剤が上段バーナ１３及び下段バーナ１４から供給される。ガス化室１４では、微粉炭と酸化剤が反応して一酸化炭素と水素を主成分とする可燃性ガスが生成される。一般に下段バーナ１４から供給される酸化剤の供給量は上段バーナ１３から供給される酸化剤の供給量よりも多く設定されるため、ガス化室１４の下段側は可燃性ガスとともに発生する灰の溶融温度以上に加熱される。このため、下段側で加熱された灰は溶融スラグとなり、炉底部１８のクエンチ水１７に流下して冷却固化される。

ガス化室１４で生成された可燃性ガスは、絞り部１５を通って熱回収部１６に導入されて冷却された後、ガス化炉１１から排出され、熱回収ボイラ２０に導入されて、例えば２００〜４００℃まで減温される。熱回収ボイラ２０で減温された可燃性ガスは、チャー回収装置２１に導入され、可燃性ガスに同伴する未燃炭素分を含むチャーが分離される。チャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置２２に導入されて可燃性ガスの硫黄分及びハロゲン分が除去された後、シフト反応装置２３に導入される。シフト反応装置２３には水蒸気が導入され、この水蒸気が可燃性ガス中の一酸化炭素と反応することで水素と二酸化炭素が生成される。水素と二酸化炭素が主成分となった可燃性ガスは、二酸化炭素分離回収装置２４に導入されて図示しない圧縮機によって圧縮され、二酸化炭素が分離される。二酸化炭素が分離されて水素が主成分となった可燃性ガスはガスタービン等の燃料として使用される。

一方、可燃性ガスが絞り部１５を通過する際にチャーが絞り部１５の壁面に付着して流路が閉塞するのを防ぐため、絞り部１５を通過する可燃性ガスよりも低温の可燃性ガスがガス精製装置２２の下流側から抜き出され、冷却剤として絞り部１５の近傍に導入される。また、チャー回収装置２１により回収されたチャーは、チャー供給ホッパ２５に貯留された後、窒素ガス等に同伴されてガス化炉１１まで気流搬送され、ガス化室１４の下段バーナ１２とほぼ同じ高さに設置されたノズル２６から炉内へ導入される。

ところで、図２のガス化システムのように、二酸化炭素分離回収装置２４を設けた場合、圧縮機の駆動に大きな動力が必要となり、ガス化システムの効率低下を招くことになる。特に、シフト反応装置２３には、微粉炭中に含まれる炭素分に対して過剰に水蒸気が供給され、その分のエネルギが消費されるため、例えば、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた石炭ガス化複合システム（ＩＧＣＣ）においては、二酸化炭素分離回収装置２４を設けない場合と比べてプラント効率が２〜３割程度低下する。

これに対し、可燃性ガスから分離された二酸化炭素の一部をガス化炉に導入し、この二酸化炭素をチャーの未燃炭素分と反応させてガス化、即ち、二酸化炭素と炭素から一酸化炭素を生成させることにより、ガス化炉における原料の炭素転換率を高め、ガス化システムの効率低下を抑制する技術が知られている。

特許文献１には、微粉炭原料と酸化剤を反応させて可燃性ガスを生成するガス化炉を備えたガス化システムにおいて、ガス化炉から排出された可燃性ガスから二酸化炭素を分離し、この分離された二酸化炭素を微粉炭原料の搬送用ガスとして用いるとともに、ガス化炉の出口付近に冷却用ガスとして二酸化炭素を供給する技術が開示されている。

これによれば、ガス化炉に導入された二酸化炭素が微粉炭原料の炭素分と吸熱反応することから、ガス化炉の炉内温度を高めることなく、微粉炭原料のガス化効率を高めることができる。また、二酸化炭素の導入によってガス化炉の出口近傍の温度上昇が抑えられるため、炉壁への灰の付着を抑制することができる。

特開２００８−２９１０８１号公報

しかしながら、特許文献１のように二酸化炭素を利用する技術を、図２の２段バーナを備えたガス化炉に適用しようとした場合、以下のような問題が生じるおそれがある。

まず、第１の問題として、ガス化炉に二酸化炭素が導入されることにより、チャーのガス化反応が促進されるため、ガス化炉から排出されるチャーの排出量が減少し、それに伴ってガス化室の下段側、つまりノズル２６を介して炉内に導入されるチャーの量が少なくなる。これにより、ガス化室の下段側、つまり下段バーナ１２から供給する酸化剤の供給量は削減されるが、この酸化剤の供給量の削減に伴ってガス化室の上段側、つまり上段バーナ１３から供給する酸化剤の量が増加されるため、ガス化室の上段側の温度が上昇し、上段側の炉壁が損傷するおそれがある。

また、第２の問題として、ガス化反応の反応性が低い原料炭を用いた場合、増加するチャーの発生量をガス化反応によって減らすために、ガス化炉に供給する二酸化炭素の供給量を増やさなければならず、結果として、二酸化炭素分離回収装置において可燃性ガスから二酸化炭素を分離するのに必要な動力が増大し、ガス化システムの効率低下を招くおそれがある。

さらに、第３の問題として、ガス化炉に二酸化炭素が導入されてチャーのガス化反応が促進されると、チャーの未燃炭素分がガス化されて灰の割合が著しく増加するが、このチャーがガス化炉の絞り部の炉壁に付着すると、直ちに焼結を引き起こし、流路の閉塞を引き起こすおそれがある。このため、絞り部の冷却用ガスとして二酸化炭素を炉内に導入した場合、可燃性ガスの炭素分が増大し、結果として、二酸化炭素分離回収装置の動力が増大し、ガス化システムの効率低下を招くおそれがある。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、可燃性ガスから分離されたチャー及び二酸化炭素をガス化炉に再循環させる設備を有するガス化システムにおいて、システムの効率低下を抑制するとともにガス化炉内の炉壁の損傷及び流路の閉塞を防止することを課題とする。

炭素系固体原料と酸化剤を反応させて可燃性ガスを生成するガス化炉の内部に外部から二酸化炭素を供給するガス化システムにおいては、ガス化炉に供給する二酸化炭素の量が増えるほど、ガス化反応が促進されてガス化炉から発生する可燃性ガスの炭素分が増加し、可燃性ガスから二酸化炭素を分離するための動力が増大する。そこで本発明では、炭素系固体原料の炭素分をガス化させるガス化剤として、二酸化炭素に加えて水蒸気を用いるようにしている。この水蒸気は、炭素分と反応して一酸化炭素と水素を発生させるため、炭素分と反応して一酸化炭素しか発生させない二酸化炭素と比べて可燃性ガスの炭素分の増加を抑えることができる。

具体的に、本発明は、上記課題を解決するため、炭素系固体原料及び酸化剤を供給するバーナが上下段に設置され可燃性ガスを生成するガス化室と該ガス化室の下流側の流路断面積を減少させて可燃性ガスをガス化室から排出する絞り部と該絞り部の下流側で可燃性ガスを冷却する熱回収部とを有するガス化炉と、このガス化炉から排出される可燃性ガスに同伴されるチャーを回収するチャー回収装置と、このチャー回収装置で回収されたチャーをガス化炉のガス化室に搬送するチャー搬送装置と、チャー回収装置を通過した可燃性ガスに水蒸気を供給して水素及び二酸化炭素を生成させるシフト反応装置と、シフト反応装置を通過した可燃性ガスから二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素分離回収装置と、二酸化炭素分離回収装置で回収された二酸化炭素の一部を炭素系固体原料の搬送用ガスとして供給するとともにチャーの搬送用ガスとして供給する二酸化炭素供給装置とを有するガス化システムにおいて、ガス化炉のガス化室に水蒸気を供給する第１の水蒸気供給管を備え、この第１の水蒸気供給管は、ガス化室から排出されるチャーの排出量及びガス化室のガス温度に応じて、水蒸気の供給量を調節する第１の供給量調節装置を備えることを特徴とする。

すなわち、二酸化炭素に代えて水蒸気をガス化炉に導入しても、炭素系固体原料をガス化させ、チャーの発生量を低減することができるため、所定量の水蒸気をガス化炉に導入することにより、ガス化炉に導入する二酸化炭素を搬送用ガスとして必要な量まで減らすことができる。したがって、本発明によれば、ガス化炉から排出される可燃性ガスの炭素分を減らすことができるため、二酸化炭素分離回収装置の動力を低減することができ、ガス化システムの効率の向上を実現できる。

ところで、ガス化炉に供給された水蒸気のガス化反応によって、ガス化炉から排出されるチャーの排出量が減少すると、それに伴ってガス化室の下段側に導入されるチャーの量が少なくなる。そうすると、下段バーナから供給する酸化剤の供給量を減らされ、上段バーナから供給される酸化剤の供給量が増えることから、上段側の炉内温度が上昇するおそれがある。本発明では、このような場合であっても、ガス化室のガス温度の上昇に応じて水蒸気の供給量を調節できるため、炉内を適切な温度範囲に保つことができ、ガス化室の炉壁を熱損傷から防ぐことができる。また、チャーの未燃炭素分がガス化され、灰の割合が著しく増加した場合であっても、例えば、絞り部近傍のガス化室に水蒸気を供給することで絞り部を流れるガス温度の上昇を抑えることができるため、チャーが絞り部の炉壁に付着しても、直ちに焼結を起こすことがなく、ガス流路の閉塞を防ぐことができる。

これに対し、ガス化反応の反応性が低い炭素系固体原料を用いる場合、ガス化室の温度に応じて調節された水蒸気の供給量では、チャーの発生を十分に抑えることができない場合がある。この点、本発明では、ガス化炉の温度だけでなく、ガス化炉から排出されるチャーの排出量に応じて水蒸気の供給量を調節するため、炭素系固体原料の性状に関わらず、チャーの発生を安定して抑制することができる。

このように、本発明によれば、ガス化炉の温度とガス化炉から排出されるチャーの排出量の双方を用いてガス化炉に供給する水蒸気量を調節できるため、ガス化室の炉壁の損傷及び流路閉塞の防止とシステムの効率低下の抑制を両立させることができる。

本発明でガス化炉に供給する水蒸気は、例えば、ガス化炉の熱回収部やガス化炉の後段に設置される熱回収ボイラ、さらには複合発電システムにおける排熱回収ボイラ等で発生する水蒸気を用いることができ、シフト反応装置に供給する水蒸気の供給系統から分配されたものであってもよいし、別の供給系統から供給されるものであってもよい。

この場合において、絞り部に水蒸気を供給する第２の水蒸気供給管を備え、第２の水蒸気供給管は、絞り部又は絞り部の近傍のガス温度に応じて、水蒸気の供給量を調節する第２の供給量調節装置を備えてなるものとする。

このように絞り部又はその近傍に水蒸気を直接供給することにより、絞り部の温度上昇を効果的に抑制し、絞り部の流路閉塞をより確実に防ぐことができる。また、絞り部又はその近傍に供給した水蒸気は、ガス化室で発生する一酸化炭素と反応して二酸化炭素と水素に転換されるため、可燃性ガスの一酸化炭素分が増大することがない。このため、後続のシフト反応装置に供給する水蒸気の量を低減することができ、しかも、二酸化炭素分離回収装置の動力を低減できるため、システムの効率低下をより効果的に抑制することができる。

ここで、第１と第２の供給量調節装置は、ガス化室及び絞り部に供給する水蒸気の供給量とシフト反応装置に供給する水蒸気の供給量との合計が設定流量となるように調節されてなるものとする。

本発明のガス化システムに供給される水蒸気の合計量、つまり設定流量は、例えば、ガス化炉に供給する炭素系固体燃料の炭素分の含有率に基づいて設定することができる。例えばシフト反応器にのみ水蒸気を供給する構成の場合、シフト反応器に供給される水蒸気量が設定流量となるが、その設定流量の一部をガス化室及び絞り部に分配したとしても、システムに供給される水蒸気の供給量の合計は不変であるから、水蒸気の生成に伴うシステムの効率低下を招くことがない。

本発明によれば、システムの効率低下を抑制するとともにガス化炉内の炉壁の損傷及び流路の閉塞を防止することができる。

本発明を適用してなるガス化システムの系統図である。 従来のガス化システムの系統図である。

以下、本発明を適用してなるガス化システムの実施形態について図１を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ガス化炉に供給する炭素系固体原料として石炭を粉砕した微粉炭を用いる例を説明するが、本発明はこの例に限られるものではなく、他の固体燃料、例えばバイオマス等を粉砕して用いることもできる。なお、本実施形態では、図２と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略し、図２と異なる点を中心に説明する。

本実施形態のガス化システムは、ガス化炉１１、熱回収ボイラ２０、チャー回収装置２１、ガス精製装置２２、シフト反応装置２３、二酸化炭素分離回収装置２４、二酸化炭素供給装置２７、チャー搬送装置２８を備えている。

二酸化炭素供給装置２７は、二酸化炭素分離回収装置２４で分離されて回収された二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして供給する装置であり、チャーの搬送用ガスとして二酸化炭素を供給する第１の二酸化炭素供給管路２９と、微粉炭の搬送用ガスとして二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給管路３０と、圧縮機３１を備えて構成される。

第１の二酸化炭素供給管路２９は、二酸化炭素分離回収装置２４から排出された二酸化炭素が流れる排出管路３２の途中に一端が接続され、チャー供給ホッパ２５に貯留されたチャーを搬送するチャー搬送用管路３３の上流側に他端が接続され、この両端の間に圧縮機３１が配設されている。第２の二酸化炭素供給管路３０は、第１の二酸化炭素供給管路２９の圧縮機３１の下流側に一端が接続され、２台の原料供給ホッパ１９に貯留されたチャーを搬送する微粉炭搬送用管路３４の上流側に他端が接続されている。

チャー搬送装置２８は、チャー供給ホッパ２５とチャー搬送用管路３３を備えて構成される。チャー搬送用管路３３は、チャー供給ホッパ２５の底部に一端が接続され、ノズル２６に他端が接続されている。チャー供給ホッパ２５は、チャー回収装置２１の底部から排出されたチャーが頂部より供給される一方、所定量のチャーが貯留されると底部の排出口を開いてチャーを排出するようになっている。チャー搬送用管路３３に供給されたチャーは、チャー搬送用管路３３に導入される二酸化炭素に同伴されてノズル２６よりガス化室１４の下段側、つまり下段バーナ１２とほぼ同じ高さの位置に導入されるようになっている。

また、本実施形態のガス化システムは、図示しない水蒸気の供給源から水蒸気をガス化炉１１に供給する第１の水蒸気供給管３５と第２の水蒸気供給管３６を備えている。第１の水蒸気供給管３５は、ガス化炉１１のガス化室１４の上段側、つまり上段バーナ１３とほぼ同じ高さに設置されたノズル３７に一端が接続され、水蒸気の供給源からシフト反応装置２３に水蒸気を供給する第３の水蒸気供給管３８の途中に他端が接続されている。第２の水蒸気供給管３６は、ガス化炉１１の絞り部１５に向けて設置されたノズル３９に一端が接続され、第３の水蒸気供給管３８の途中に他端が接続されている。

第１の水蒸気供給管３５には、水蒸気の流量を弁の開度によって調節する第１の供給量調節装置４０が設けられている。第１の供給量調節装置４０は、チャー搬送用管路３３に設けられてガス化炉１１に供給されるチャーの重量を検出する重量検出装置４１と、ガス化炉１１のガス化室１４の上段側を流れるガスの温度を直接検出する第１の温度検出部４２とそれぞれ電気的に接続され、重量検出装置４１と第１の温度検出部４２が検出した結果がそれぞれ電気信号に変換されて入力され、その入力された結果に応じて、弁の開度が調節されるようになっている。重量検出装置４１は、周知の構成を採用することができ、チャー供給ホッパ２５から１回に排出されるチャーの排出量とチャー搬送用管路３３を流れる搬送用ガスの流量から単位時間当たりのチャーの通過重量を求めるようにしてもよいし、チャーを一時貯留してからまとめて排出するチャーの重量を計測するようにしてもよい。第１の温度検出部４２は、温度検出用の端子をガス化炉１１の炉内に挿入してガス温度を直接検出する構成となっている。

第２の水蒸気供給管３６には、水蒸気の流量を弁の開度によって調節する第２の供給量調節装置４３が設けられている。第２の供給量調節装置４３は、ガス化炉１１の絞り部１５の近傍を流れるガスの温度を直接検出する第２の温度検出部４４と電気的に接続され、第２の温度検出部４４が検出した結果が電気信号に変換されて入力され、その入力された結果に応じて、弁の開度が調節されるようになっている。第２の温度検出部４４は、第１の温度検出部４２と同じ構成となっている。

二酸化炭素分離回収装置２４で可燃性ガスより分離された二酸化炭素は、排出管路３２を通じて排出され、第１の二酸化炭素供給管路２９に導かれる。第１の二酸化炭素供給管路２９に導かれた二酸化炭素は、圧縮機３１で圧縮された後、チャー搬送用管路３３に導かれる。一方、圧縮機３１で圧縮された二酸化炭素の一部は、第２の二酸化炭素供給管路３０に導かれ、２本の微粉炭搬送用管路３４にそれぞれ導入される。チャー搬送用管路３３に導入された二酸化炭素は、チャー供給ホッパ２５から排出されたチャーを同伴してノズル２６よりガス化室１４に導入される。微粉炭搬送用管路３４に導入された二酸化炭素は、原料供給ホッパ１９から排出された微粉炭を同伴し、下段バーナ１２及び上段バーナ１３よりガス化炉１１のガス化室１４に導入される。なお、下段バーナ１２及び上段バーナ１３からは、二酸化炭素とは別系統の流路を通じて酸素が導入される。

ガス化炉１１のガス化室１４では、微粉炭と酸素が反応して二酸化炭素が発生し、その二酸化炭素によって式(1)に示すチャーのガス化反応が進行し、可燃性ガスが生成される。本実施形態では、微粉炭とチャーの搬送用ガスとして、二酸化炭素が使用され、ガス化室１４内で発生した二酸化炭素に加えて、搬送用ガスとしての二酸化炭素がガス化室１４のガス化反応に寄与するため、チャーの未燃炭素分のガス化反応が促進される。
Ｃ＋ＣＯ_２ → ２ＣＯ ・・・(1)

ガス化炉１１から排出される可燃性ガスにはチャーが同伴されるが、二酸化炭素によるガス化反応の促進効果により、チャーの発生が抑制され、発生したとしても、チャーには未燃炭素分が殆ど残っておらず、チャーの灰含有率が高くなっている。このため、ノズル２６を通じてガス化室１４の下段側に供給されるチャーの量は少なく、結果としてガス化室１４に供給される全酸素量に対し、下段バーナ１２と上段バーナ１３から供給される酸素量の配分は上段バーナ１３の方が高くなる。上段バーナ１３から供給される酸素量の配分が高くなると、上段バーナ１３の噴流火炎が大きくなってガス化室１４の上段側の温度が上昇し、炉壁が損傷するおそれがある。

この点、本実施形態では、ガス化炉１１のガス化室１４に向けて水蒸気を供給しているため、炉内温度の上昇を抑制することができ、炉壁の熱損傷を防ぐことができる。特に、本実施形態では、ガス化室１４の上段側を流れるガス温度を第１の温度検出部４２によって検出し、その検出結果に応じて、第１の供給量調節装置４０を制御しているため、例えば、第１の温度検出部４２により検出された温度が上昇したときには、ノズル３７から供給される水蒸気の供給量を所定量まで増やすことができる。これにより、ガス化室１４の温度変化に応じて適切な量の水蒸気を供給できるため、ガス化室１４の温度を所定の範囲に保つことができる。

ところで、ガス化反応の反応性が低い炭素系固体原料の微粉炭を用いた場合、搬送用ガスとしてガス化炉１１に供給される二酸化炭素、及び、ガス化室１４の温度に応じて供給される水蒸気だけでは、可燃性ガスに含まれる未燃炭素分を十分にガス化できないことがある。この場合、未燃炭素分はチャーとしてガス化炉１１から排出され、チャー回収装置２１に回収された後、最終的にガス化室１４に戻される。

この点、本実施形態では、ガス化室１４の検出温度に加えて、重量検出装置４１によりガス化室１４に供給するチャーの重量を検出し、その検出結果に応じて、第１の供給量調節装置４０を制御するようにしている。このため、例えば、ガス化炉１１から排出されるチャーの排出量が増加し、重量検出装置４１により検出された重量が増加するときには、ノズル３７から供給する水蒸気の供給量を増やすことにより、水蒸気による未燃炭素分のガス化反応を促進させることができる。

ここで、重量検出装置４１により検出される重量とは、チャー搬送用管路３３を二酸化炭素に同伴されて流れるチャーの重量のことであるが、この重量はガス化炉１１から排出されるチャーの排出量と相関するため、チャーの排出量を間接的に検出する手段となり得る。なお、このようにガス化炉１１から排出されるチャーの排出量を間接的に検出する手段に代えて、直接的にチャーの排出量を検出する周知の構成を採用してもよい。

ガス化室１４に供給された水蒸気は、二酸化炭素と同様にガス化剤として作用し、式(2)に示すチャーのガス化反応が進行して可燃性ガスが生成されることから、飛散するチャーの未燃炭素分は殆どなくなる。したがって、ガス化室１４の温度とガス化室１４から排出されるチャーの排出量に応じた所定量の水蒸気をガス化室１４に供給することにより、微粉炭のガス化反応性の性状に関わらず、ガス化効率が高く、安全性に優れたガス化炉１１の運転を行うことが可能になる。
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２・・・(2)

本実施形態のように、ガス化炉１１のガス化室１４に適正量の水蒸気を供給することにより、微粉炭のガス化を促進させ、チャーの発生量を少なくすることができる。このため、本実施形態によれば、従来のように、チャーの未燃炭素分のガス化を目的として、ガス化炉１１に多くの二酸化炭素を供給する必要がなく、搬送用ガスとして必要最小限の供給量に抑えることができる。また、本実施形態によれば、ガス化炉１１で発生する可燃性ガスの炭素分を増加させることがなく、二酸化炭素分離回収装置２４の動力が増加することがないため、ガス化システムの効率を向上させることができる。

ところで、ガス化室１４で発生する可燃性ガスに同伴されるチャーが絞り部１５や熱回収部１６を構成する炉壁に付着すると、チャーに含まれる灰が焼結を引き起こし、これが成長することによって流路を閉塞し、ガス化炉の安全運転を継続できなくなるおそれがある。また、チャーの焼結度合いは、雰囲気ガスの温度が高くなるほど、またチャーの灰含有率が高くなるほど強固なものとなる。

この点、本実施形態では、可燃性ガスに同伴するチャーの灰含有率が著しく高いことから、絞り部１５及びその近傍の炉壁に灰が付着して焼結するのを防止するため、絞り部１５に向けて水蒸気を供給し、絞り部１５及びその近傍を流れるガスを冷却するようにしている。より具体的には、絞り部１５の近傍を流れるガス温度を第２の温度検出部４４によって連続的に検出し、その検出結果に応じて、第２の供給量調節装置４３を制御するようにしている。このため、例えば、第２の温度検出部４４により検出された温度が上昇したときには、ノズル３９から絞り部１５に向けて水蒸気の供給を開始し、或いは、絞り部１５へ供給する水蒸気の量を適切な量まで増やすことができる。これにより、絞り部１５を流れるガスの温度を必要に応じて低下させることが可能となり、灰の焼結による流路の閉塞を防ぎ、安定なガス化運転が可能となる。

ここで、絞り部１５の温度は例えば１１００℃以下に調節するのが好ましい。本発明者らの解析的検討によれば、例えば、ガス化室１４の上段付近を流れる可燃性ガスの温度が約１３００℃であった場合、ガス化炉１１に供給する微粉炭量に対して６０重量％の量の水蒸気を供給すれば、可燃性ガスの温度を１１００℃まで低下させることができる。

なお、ノズル３９より絞り部１５に供給された水蒸気は、ガス化室１４で発生する可燃性ガス中の一酸化炭素と反応して二酸化炭素と水素に転換されるため、可燃性ガス中の一酸化炭素分が増大することがない。したがって、シフト反応装置２３に供給する水蒸気量を増加させる必要がなく、これによるシステムの効率低下を防ぐことができる。

本実施形態では、第１の水蒸気供給管３５と第２の水蒸気供給管３６がそれぞれ第３の水蒸気供給管３８から分岐され、第１の水蒸気供給管３５には、第１の供給量調節装置４０が設けられ、第２の水蒸気供給管３６には、第２の供給量調節装置４３が設けられている。そして、ガス化炉１１に供給する水蒸気の供給量とシフト反応装置２３に供給する水蒸気の供給量との合計は常に一定の設定流量となり、その範囲で、シフト反応装置２３に供給する水蒸気とガス化室１４に供給する水蒸気と絞り部１５に供給する水蒸気との供給量の配分が調節される。

例えば、図２のガス化システムの構成において、シフト反応装置２３に供給される水蒸気量は、ガス化炉１１に供給する微粉炭中の炭素分の含有率に基づいて設定されるが、この水蒸気量は微粉炭の炭素分に対して過剰に設定されている。本実施形態では、このシフト反応装置２３に供給される水蒸気量を設定流量とした場合、システム全体に供給される水蒸気量の合計が設定流量となっている。すなわち、本実施形態のように、シフト反応装置２３に供給される水蒸気の一部をガス化炉１１に供給しても、システム全体に供給される水蒸気量の合計は不変であるため、水蒸気の供給量の増加に伴うシステムの効率低下を招くことがない。

上述したように、本実施形態によれば、可燃性ガスから分離されたチャー及び二酸化炭素をガス化炉１１に再循環させる設備を有するガス化システムにおいて、微粉炭原料から高効率で可燃性ガスを発生させることができ、また、ガス化炉１１内の炉壁の損傷及びガス流路の閉塞を防ぐことができ、しかも、ガス化システムの効率低下を最小限に抑えることができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、上記の実施形態では、第１の水蒸気供給管３５と第２の水蒸気供給管３６がそれぞれ第３の水蒸気供給管３８から分岐される例を示したが、これに限られるものではなく、例えば、第１〜第３の水蒸気供給管が、互いに独立した供給経路となっていてもよい。この場合、それぞれの水蒸気供給管には、例えば、水蒸気の供給量を調整する供給量調節装置を設け、システム全体に供給される水蒸気の供給量の合計が設定流量に調節できるように構成するのがよい。

また、本実施形態では、ガス化炉１１の炉内を流れるガス温度を第１の温度検出部４２及び第２の温度検出部４４で直接検出する構成を示したが、その他、炉内温度を炉外から間接的に検知する周知の構成を採用することもできる。なお、第２の温度検出部４４は、絞り部１５の近傍を流れるガス温度を直接検出するようにしているが、これに代えて、絞り部１５の流路を流れるガス温度を直接検出する構成としてもよいのは勿論である。

また、本実施形態では、ガス化炉１１において、ガス化室１４に設けるバーナを上下２段で設置する例を示したが、これに限られるものではなく、上下方向に複数段でバーナを設置する構成とすることもできる。

１１ ガス化炉
１２ 下段バーナ
１３ 上段バーナ
１４ ガス化室
１５ 絞り部
１６ 熱回収部
２１ チャー回収装置
２３ シフト反応装置
２４ 二酸化炭素分離回収装置
２５ チャー供給ホッパ
２６，３７，３９ ノズル
２７ 二酸化炭素供給装置
２８ チャー搬送装置
２９ 第１の二酸化炭素供給管路
３０ 第２の二酸化炭素供給管路
３５ 第１の水蒸気供給管
３６ 第２の水蒸気供給管
３８ 第３の水蒸気供給管
４０ 第１の供給量調節装置
４１ 重量検出装置
４２ 第１の温度検出部
４３ 第２の供給量調節装置
４４ 第２の温度検出部

Claims (3)

1. 炭素系固体原料及び酸化剤を供給するバーナが上下段に設置され可燃性ガスを生成するガス化室と該ガス化室の下流側の流路断面積を減少させて前記可燃性ガスを該ガス化室から排出する絞り部と該絞り部の下流側で前記可燃性ガスを冷却する熱回収部とを有するガス化炉と、
   前記ガス化炉から排出される前記可燃性ガスに同伴されるチャーを回収するチャー回収装置と、該チャー回収装置で回収された前記チャーを前記ガス化炉の前記ガス化室に搬送するチャー搬送装置と、
   前記チャー回収装置を通過した前記可燃性ガスに水蒸気を供給して水素及び二酸化炭素を生成させるシフト反応装置と、
   前記シフト反応装置を通過した前記可燃性ガスから二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素分離回収装置と、
   前記二酸化炭素分離回収装置で回収された前記二酸化炭素の一部を前記炭素系固体原料の搬送用ガスとして供給するとともに前記チャーの搬送用ガスとして供給する二酸化炭素供給装置とを有するガス化システムにおいて、
   前記ガス化炉の前記ガス化室に水蒸気を供給する第１の水蒸気供給管を備え、
   前記第１の水蒸気供給管は、前記ガス化室から排出される前記チャーの排出量及び前記ガス化室のガス温度に応じて、前記水蒸気の供給量を調節する第１の供給量調節装置を備えることを特徴とするガス化システム。
2. 前記絞り部に水蒸気を供給する第２の水蒸気供給管を備え、
   前記第２の水蒸気供給管は、前記絞り部又は該絞り部の近傍のガス温度に応じて、前記水蒸気の供給量を調節する第２の供給量調節装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
3. 前記第１と第２の供給量調節装置は、前記ガス化室及び前記絞り部に供給する水蒸気の供給量と前記シフト反応装置に供給する水蒸気の供給量との合計が設定流量となるように調節されてなる請求項２に記載のガス化システム。

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