JP5963214B2 - 合成ガス供給システム - Google Patents

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合成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。

ここで石炭を固体のまま発電プラント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利用する従来の利用方法では発電プラントあるいは製鉄プラントなどの利用に留まり、石油あるいは天然ガスのような石油化学プラントの原料としての利用は困難である。

そのため石炭を更に効率よく利用できる発電効率の高いコンバインドサイクルを備える発電プラントに利用するため、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に、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２年ないし４年の連続運転が通常の石油化学プラントの原料用とした場合は連続運転時間が短く、そのため連続運転時間の短さを補うガス化炉の複数設置は必須である。

更にガス化炉に投入する石炭の性状も常に一定とは限らないので、石炭の性状の変化による運転状態の変化によりガス化炉の出力が不安定化することもある。

またガス化炉を発電プラントの燃料として使用する場合、発電出力が一日の間でも大きく変動するのでガス化炉からの合成ガス供給が追従しきれず、一時的にせよガス化炉からの合成ガスの安定供給が損なわれる可能性がある。

そのためガス化炉から合成ガスを安定的に供給する特許文献１のような方法が提案されている。

特開２０１２−１６２６６０

ここで合成ガスの安定供給が損なわれる原因が単にガス化炉の追従性に起因する出力不足にある場合であれば、特許文献１に記載のようにガス化炉内の圧力変動の応答性に優れたガス化炉への石炭の搬送システムを採用することは有効である。

しかし合成ガスの安定供給が損なわれる原因が例えばガス化炉内での石炭の閉塞や、ガス化炉に備えられている熱交換器へのチャーと呼ばれる炭化物の付着・堆積等、ガス化炉の安定運転に関する技術的な課題に起因する場合には石炭ガス化炉を一旦停止させ、整備する必要がある。

これは石炭をガス化するガス化炉の連続運転時間にも関係するが、長期間の安定運転に関する技術的な課題が解決しきれていない現状では、発電用燃料用あるいは特に２年ないし４年といった連続運転が通常の石油化学プラントの原料用としては、特許文献１に記載の合成ガスを安定供給するためのシステムでは対応しきれないという課題がある。

本発明はこの課題に鑑み、石炭から製造する合成ガスを、発電用燃料や特に長期間の安定供給が求められる石油化学プラントの燃料用として安定的に供給できる合成ガス供給システムを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る合成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合成ガス供給システムであって、前記複数のガス化炉が接続され、少なくとも一つの前記ガスユーザーに接続された複数のヘッダー配管と、前記複数のヘッダー配管を接続する連絡配管と、前記連絡配管上に設置された連絡バルブと、前記連絡配管上であって前記連絡バルブの両側に設置された圧力検出手段と、を備え、前記連絡バルブは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を下回った場合、前記連絡バルブを開ける制御を行うことを特徴とする。

（２）また本発明に係る合成ガス供給システムは（１）に記載の合成ガス供給システムにおいて、前記ガスユーザーからの合成ガス予定必要量および前記圧力検出手段で検出された値に応じて前記連絡バルブを制御可能なように接続された制御装置を備え、前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された値に優先して前記ガスユーザーの合成ガス予定必要量に応じて前記連絡バルブを開ける制御を行うことを特徴とする。

（３）また本発明に係る合成ガス供給システムは（１）または（２）に記載の合成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）に記載の合成ガス供給システムによれば、通常はガス化炉それぞれとヘッダー配管はガスユーザーごと（例えば発電プラントや石油化学プラント等）に分けられ、それぞれ独立して運転されているが、例えばガス化炉の想定外の停止などで一方のガスユーザーへの合成ガス供給に支障が出る可能性がある場合、連絡配管を通じて合成ガスを融通しあうことでガスユーザーそれぞれへの合成ガスの安定供給を行うことが可能となる。

（２）に記載の合成ガス供給システムによれば、ガスユーザーでの合成ガスの予定必要量に応じて合成ガスを融通しあうことで、更に安定的にガスユーザーそれぞれに合成ガスを供給することが可能となる。

（３）に記載の合成ガス供給システムによれば、安価で安定的に入手可能な石炭を合成ガスの原料とすることで合成ガスを安価かつ安定的にガスユーザーへ供給することが可能となる。

第一実施形態に係る合成ガス供給システムの通常の運転状態を示した模式図である。 第一実施形態に係る合成ガス供給システムでガス化炉を切り替えた状態を示した模式図である。 第一実施形態に係る合成ガス供給システムで合成ガスを融通している状態の模式図である。 第二実施形態に係る合成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合成ガス供給システム１００の模式図である。

まず合成ガス供給システム１００の構成について説明する。

合成ガス供給システム１００はガス化炉１０ａ〜１０ｆを６基備えており、そのガス化炉のうち１０ａ〜１０ｃは第一ヘッダー配管１２ａにそれぞれガス供給配管１４ａ〜１４ｃによって接続されている。

残りのガス化炉１０ｄ〜１０ｆは第二ヘッダー配管１２ｂにそれぞれガス供給配管１４ｄ〜１４ｆによって接続されている。

ガス供給配管１４ａ〜１４ｆはそれぞれ配管上にガス供給バルブ１６ａ〜１６ｆを備えている。

第一ヘッダー配管１２ａはガス分配配管１８Ａによって第一ガスユーザー２０Ａに接続され、第二ヘッダー配管１２ｂはガス分配配管１８Ｂによって第二ガスユーザー２０Ｂに接続されている。

第一ヘッダー配管１２ａと第二ヘッダー配管１２ｂは連絡配管２２によって接続され、連絡配管２２上には連絡バルブ２４が設置されている。

連絡配管２２上であって連絡バルブ２４の両側には、第一ヘッダー配管１２ａと連絡バルブ２４の間に圧力検出手段２６Ａ、第二ヘッダー配管１２ｂと連絡バルブ２４の間に圧力検出手段２６Ｂがそれぞれ設置され、圧力検出手段２６Ａ、２６Ｂで検出された値に応じて連絡バルブ２４の開度を制御可能なように連絡バルブ２４と接続されている。

この連絡バルブ２４と圧力検出手段２６Ａ、２６Ｂは自力式圧力調整弁などで構成されるが、自力式圧力調整弁の他には計装用空気や電気などで作動し、圧力検出手段２６Ａ、２６Ｂの検出結果をＤＣＳなどの制御装置を介して作動する圧力制御弁でも良い。（計装用空気および電気、制御装置は図示せず。）

次に図１に示す合成ガス供給システム１００の動作について説明する。

合成ガス供給システム１００が運転を開始すると、まず合成ガスの原料として石炭がガス化炉に投入される。

通常の運転状態においては、第一ヘッダー配管１２ａおよび第二ヘッダー配管１２ｂともにそれぞれに接続されたガス化炉で製造された合成ガスによって予め設定された閾値以上の圧力を保持しているので連絡バルブ２４は閉じられており、第一ヘッダー配管１２ａと第二ヘッダー配管１２ｂの間で合成ガスの融通はない。

第一ヘッダー配管１２ａに接続されているガス化炉１０ａ〜１０ｃは第一ガスユーザー２０Ａ専用として合成ガスを供給しており、一方、第二ヘッダー配管１２ｂに接続されているガス化炉１０ｄ〜１０ｆは第二ガスユーザー２０Ｂ専用として合成ガスを供給している。

このようにガス化炉をガスユーザーごとに分ける理由であるが、ガス化炉は連続運転時間が発電プラントや石油化学プラント等のガスユーザーに比べて短いため、安定的に合成ガスをガスユーザーに供給するためには、スタンバイ状態にあるガス化炉を持つことが必要である。

ここでガス化炉を安定的に運転するにはスタンバイ状態にあるガス化炉を含め、できるだけ各ガス化炉の運転時間を平準化することが望ましい。

しかしガスユーザーは例えば第一ガスユーザー２０Ａが発電プラント、第二ガスユーザー２０Ｂが石油化学プラントとした場合、それぞれの運転負荷変動は異なるため、同じガス化炉から違うガスユーザーに合成ガスを供給した場合、ガス化炉の運転時間平準化を行うことが難しい。

そのためガス化炉の運転負荷の平準化を行いやすいよう、ガスユーザーそれぞれで専用のガス化炉を設置することが望ましい。

合成ガス供給システム１００ではガス供給バルブ１６ｃおよび１６ｆが閉じられ、この状態ではガス化炉１０ｃおよび１０ｆがそれぞれ第一ガスユーザー２０Ａ、第二ガスユーザー２０Ｂ用としてスタンバイ状態にある。

このようにガスユーザーそれぞれについてスタンバイ状態のガス化炉を備えることによりガス化炉の運転時間を平準化しやすくなると同時に、一方のヘッダー配管に接続されている設備に何等かトラブルがあった場合でも、その影響がもう一方のヘッダー配管に接続されている設備に波及しにくいのでシステム全体としての安定性も確保することが可能となる。

次に図２に示す合成ガス供給システム２００について説明する。

合成ガス供給システム２００は合成ガス供給システム１００が使用するガス化炉を切り替えた状態を示しており、これも通常の運転状態の状態である。

すなわち、合成ガス供給システム１００ではガス供給バルブ１６ｃ、１６ｆは閉じられ、スタンバイ状態のガス化炉は１０ｃおよび１０ｆであったが、合成ガス供給システム２００ではガス供給バルブ１６ａおよび１６ｅが閉じられスタンバイ状態のガス化炉は１０ａおよび１０ｅである。

このように各ヘッダー配管１２ａ、１２ｂに接続されているガス化炉は少なくとも１基のスタンバイ炉を備えており、通常の運転状態においてはスタンバイ状態にある炉を順次切り替えながらガス化炉の運転時間の平準化を図っている。

次に図３に示す合成ガス供給システム３００について説明する。

合成ガス供給システム３００は合成ガス供給システム１００の緊急時の状態を示している。

すなわちガス化炉１０ｂおよび１０ｃが停止状態にあり、第一ガスユーザー２０Ａに合成ガスを送るガス化炉がガス化炉１０ａのみとなった場合、第一ガスユーザー２０Ａへ送る合成ガスが不足する可能性がある。

第一ガスユーザー２０Ａに送る合成ガスが不足しそうな場合、第一ヘッダー配管１２ａの圧力が低下することになる。

第一ヘッダー配管１２ａの圧力は圧力検出手段２６Ａで検出され、圧力検出手段２６Ａで検出された圧力値が予め設定された閾値を下回った場合（すなわち第一ガスユーザー２０Ａへ送る合成ガスが不足しそうな場合）、連絡バルブ２４を開け、第二ヘッダー配管１２ｂから第一ヘッダー配管１２ａに合成ガスを送る。なおこの場合、第二ヘッダー配管１２ｂの圧力が予め設定された閾値を下回ることのないよう、ガス化炉１０ｄ〜１０ｆのうちスタンバイ状態にあるものを起動することが望ましい。
これによりガス化炉が何らかのトラブルにより停止し、ガスユーザーへ送る合成ガスが不足しそうな状態になっても迅速に他のヘッダー配管から合成ガスが供給されることになり、システム全体として高い安定性を持つことが可能となる。

（第二実施形態）

図４は第二実施形態に係る合成ガス供給システム４００の模式図である。

第一実施形態と異なっているのは、第一ガスユーザー２０Ａおよび第二ガスユーザー２０Ｂの合成ガス予定ガス必要量を電気信号等で通信し、連絡バルブ２４の開度を制御可能な制御装置２８を備えている点である。

第一実施形態のようにヘッダー配管の圧力を検知することで連絡バルブ２４の開閉を制御することは合成ガス供給システム全体としての安定性を向上させる。

しかし例えばガス化炉とガスユーザーの物理的な距離が遠く、ガス分配配管１８Ａおよび１８Ｂが数キロメートルにも及ぶ場合などはヘッダー配管の圧力低下を検知し、一方のヘッダー配管から他方のヘッダー配管に合成ガスの融通を行ったとしてもガス分配配管での圧力低下に対応しきれず結果的にガスユーザーへの合成ガス供給が一時的に途絶する可能性がある。

そのためガスユーザーの合成ガス予定必要量と圧力検出手段２６Ａおよび２６Ｂで検出された結果を基に制御装置２８で演算し、圧力検出手段２６Ａおよび２６Ｂの検出結果を基に連絡バルブ２４の開度を制御した場合ではガスユーザーへの合成ガス供給が途絶する可能性がある場合には、制御装置２８は圧力検出手段２６Ａおよび２６Ｂの圧力検出結果に先だって連絡バルブ２４を開ける制御を行う。
これによりガス分配配管１８Ａおよび１８Ｂの距離が長い場合であっても、ガスユーザーへ安定的に合成ガスを供給することが可能となる。

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合成ガス供給システムとして利用することができる。

１００：合成ガス供給システム、２００：合成ガス供給システム、３００：合成ガス供給システム、４００：合成ガス供給システム、１０ａ〜１０ｆ：ガス化炉、１２ａ：第一ヘッダー配管、１２ｂ：第二ヘッダー配管、１４ａ〜１４ｆ：ガス供給配管、１６ａ〜１６ｆ：ガス供給バルブ、１８Ａ〜１８Ｂ：ガス分配配管、２０Ａ：第一ガスユーザー、２０Ｂ：第二ガスユーザー、２２：連絡配管、２４：連絡バルブ、２６Ａ〜２６Ｂ：圧力検出手段、２８：制御装置

Claims (2)

1. 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合成ガス供給システムであって、
   前記複数のガス化炉が接続され、少なくとも一つの前記ガスユーザーに接続された複数のヘッダー配管と、
   前記複数のヘッダー配管を接続する連絡配管と、
   前記連絡配管上に設置された連絡バルブと、
   前記連絡配管上であって前記連絡バルブの両側に設置された圧力検出手段と、
   前記ガスユーザーからの合成ガス予定必要量および前記圧力検出手段で検出された値に応じて前記連絡バルブを制御可能なように接続され、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を下回った場合には前記連絡バルブを開ける制御を行う制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記圧力検出手段で検出された値に優先して前記ガスユーザーの合成ガス予定必要量に応じて前記連絡バルブを開ける制御を行うことを特徴とする合成ガス供給システム。
2. 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に記載の合成ガス供給システム。

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