JP5974363B2 - Gasification gas generator and tar reformer - Google Patents
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Description
本発明は、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成するガス化ガス生成装置、および、タール含有ガス中のタールを改質するタール改質装置に関する。 The present invention relates to a gasification gas generation apparatus that generates gasification gas by gasifying a gasification raw material, and a tar reforming apparatus that reforms tar in a tar-containing gas.
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップなどの未利用燃料等のガス化原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料(合成石油)の製造、化学肥料(尿素)等の化学製品の製造等に利用されている。ガス化ガスの原料となるガス化原料のうち、特に石炭は、可採年数が150年程度と、石油の可採年数の3倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。 In recent years, a technology has been developed in which gasified raw materials such as unused fuel such as coal, biomass, and tire chips are gasified to generate gasified gas instead of oil. The gasified gas thus generated is used for power generation systems, hydrogen production, synthetic fuel (synthetic petroleum) production, chemical fertilizer (urea) and other chemical products. Among gasification raw materials used as raw materials for gasification gas, coal, in particular, has a recoverable period of about 150 years, which is more than three times the extractable period of oil, and reserves are unevenly distributed compared to oil. Therefore, it is expected as a natural resource that can be supplied stably over a long period of time.
従来、石炭のガス化プロセスは、酸素や空気を用いて部分酸化することにより行われていたが、2000℃といった高温で部分酸化する必要があるため、ガス化炉のコストが高くなるといった欠点を有していた。 Conventionally, the gasification process of coal has been performed by partial oxidation using oxygen or air. However, since it is necessary to perform partial oxidation at a high temperature of 2000 ° C., there is a disadvantage that the cost of the gasification furnace increases. Had.
この問題を解決するために、水蒸気を利用し、700℃〜900℃程度で石炭をガス化する技術(水蒸気ガス化)が開発されている。この技術では、温度を低く設定することでコストを低減することが可能となるが、生成されたガス化ガスには、2000℃の高温で部分酸化して生成したガス化ガスと比較して、タールが多く含まれることが多い。水蒸気ガス化によって生成されたガス化ガスを利用するプロセスにおいてガス化ガスの温度が低下すると、ガス化ガスに含まれるタールが凝縮し、配管の閉塞、プロセスで使用する機器の故障、触媒の被毒等の問題が生じてしまう。 In order to solve this problem, a technique (steam gasification) that uses steam to gasify coal at about 700 ° C. to 900 ° C. has been developed. In this technique, it is possible to reduce the cost by setting the temperature low, but the generated gasification gas is compared with a gasification gas generated by partial oxidation at a high temperature of 2000 ° C. Often contains a lot of tar. When the temperature of the gasification gas decreases in the process using the gasification gas generated by steam gasification, the tar contained in the gasification gas condenses, clogging the piping, failure of equipment used in the process, catalyst coverage. Problems such as poisoning will occur.
そこで、生成されたガス化ガスを酸素や空気で燃焼させて1100℃以上にし、酸化改質することで、ガス化ガスに含まれるタールを除去する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, a technique for removing the tar contained in the gasification gas by burning the generated gasification gas with oxygen or air to 1100 ° C. or higher and oxidative reforming is disclosed (for example, Patent Document 1). ).
しかし、タールを酸化改質するには、酸化改質反応のための酸化改質炉の温度を1100℃以上にする必要があり、このように酸化改質炉の温度を上昇させるため、ガス化ガス中の可燃性ガス(水素やメタン)を酸素や空気で燃焼させなければならなかった。したがって、ガス化ガス中の可燃性ガスを消費(燃焼)してしまうので、酸化改質炉で処理したガス化ガスは、単位体積あたりの可燃性ガスの割合が、例えば10%程度低下することがあった。 However, in order to oxidize and reform tar, it is necessary to raise the temperature of the oxidation reforming furnace for the oxidation reforming reaction to 1100 ° C. or higher. The combustible gas (hydrogen and methane) in the gas had to be burned with oxygen and air. Therefore, since the combustible gas in the gasified gas is consumed (burned), the ratio of the combustible gas per unit volume of the gasified gas treated in the oxidation reforming furnace is reduced by about 10%, for example. was there.
本発明は、このような課題に鑑み、タールを効率よく除去しつつ、可燃性ガスの低減を抑制することが可能なガス化ガス生成装置、および、タール改質装置を提供することを目的としている。 In view of such problems, the present invention has an object to provide a gasification gas generation device and a tar reforming device capable of suppressing the reduction of combustible gas while efficiently removing tar. Yes.
上記課題を解決するために、本発明のガス化ガス生成装置は、水蒸気を用いてガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成するガス化炉と、ガス化炉において生成されたガス化ガスが流通する流通路と、ガス化ガス中のタールの改質を促進する、少なくともNiを含む第1の触媒を、流通路内に保持する第1触媒保持部と、ガス化ガス中のタールの改質を促進する、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数の元素の酸化物または炭酸塩である第2の触媒を、流通路内における第1触媒保持部の上流側に保持する第2触媒保持部と、第1の触媒および第2の触媒に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gasification gas generator of the present invention includes a gasification furnace that gasifies a gasification raw material using steam to generate gasification gas, and a gasification gas generated in the gasification furnace. A flow passage through which gas flows, a first catalyst holding portion for holding in the flow passage a first catalyst containing at least Ni that promotes reforming of tar in the gasification gas, and tar in the gasification gas A second catalyst that is an oxide or carbonate of one or more elements selected from the group consisting of Ca, Mg, Fe, and Si that promotes reforming of the first catalyst holding portion in the flow passage A second catalyst holding unit that is held upstream of the first catalyst, and an oxidant supply unit that supplies an oxidant to the first catalyst and the second catalyst .
また、第1の触媒の温度を測定する第1の温度測定部と、測定された第1の触媒の温度に応じて、酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第1の酸化剤制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 In addition, a first temperature measurement unit that measures the temperature of the first catalyst, and a first oxidation that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the first catalyst. And an agent control unit.
また、第2の触媒の温度を測定する第2の温度測定部と、測定された第2の触媒の温度に応じて、酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第2の酸化剤制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 In addition, a second temperature measurement unit that measures the temperature of the second catalyst, and a second oxidation that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the second catalyst. And an agent control unit.
また、第2触媒保持部の上流側において流通路から分岐され、第2触媒保持部の上流側のガス化ガスを、流通路における第2触媒保持部と第1触媒保持部の間にバイパスするバイパス路と、ガス化ガスの流通先を、第2触媒保持部を通過する流通路と、バイパス路とで切り換える切換部と、第2触媒保持部の上流側のガス化ガスの水蒸気濃度を測定する濃度測定部と、測定された水蒸気濃度が予め定められた第1の閾値以上である場合、切換部を制御して、ガス化ガスの流通先をバイパス路に切り換える切換制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 Further, the gasification gas branched from the flow path upstream of the second catalyst holding part and upstream of the second catalyst holding part is bypassed between the second catalyst holding part and the first catalyst holding part in the flow path. Measures the water vapor concentration of the gasification gas upstream of the second catalyst holding unit, the switching unit for switching the bypass channel, the flow path of the gasification gas between the flow path passing through the second catalyst holding unit, and the bypass channel And a switching control unit that controls the switching unit to switch the distribution destination of the gasification gas to the bypass path when the measured water vapor concentration is equal to or higher than a predetermined first threshold value. It may be provided.
また、第2触媒保持部の上流側において流通路から分岐され、第2触媒保持部の上流側のガス化ガスを、流通路における第2触媒保持部と第1触媒保持部の間にバイパスするバイパス路と、ガス化ガスの流通先を、第2触媒保持部を通過する流通路と、バイパス路とで切り換える切換部と、第1の触媒における圧力損失を測定する圧損測定部と、測定された圧力損失が予め定められた第2の閾値未満である場合、切換部を制御して、ガス化ガスの流通先をバイパス路に切り換える切換制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 Further, the gasification gas branched from the flow path upstream of the second catalyst holding part and upstream of the second catalyst holding part is bypassed between the second catalyst holding part and the first catalyst holding part in the flow path. A bypass path, a flow path through which the gasification gas flows through the second catalyst holding section, a switching section that switches between the bypass path, and a pressure loss measurement section that measures the pressure loss in the first catalyst. When the pressure loss is less than a predetermined second threshold value, a switching control unit that controls the switching unit to switch the gasification gas distribution destination to the bypass path may be further provided.
また、第2触媒保持部は、ガス化ガスによって第2の触媒を流動層化するとしてもよい。 Further, the second catalyst holding unit may fluidize the second catalyst with a gasification gas.
上記課題を解決するために、本発明のタール改質装置は、タール含有ガス中のタールを改質するタール改質装置であって、タール含有ガスが流通する流通路と、タール含有ガス中のタールの改質を促進する、少なくともNiを含む第1の触媒を、流通路内に保持する第1触媒保持部と、タール含有ガス中のタールの改質を促進する、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数を含む第2の触媒を、流通路内における第1触媒保持部の上流側に保持する第2触媒保持部と、第1の触媒、および、第2の触媒のいずれか一方または双方に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a tar reformer of the present invention is a tar reformer for reforming tar in a tar-containing gas, wherein a flow passage through which the tar-containing gas flows and a tar-containing gas in the tar-containing gas A first catalyst holding portion for holding a first catalyst containing at least Ni, which promotes reforming of tar, in the flow path; and Ca, Mg, Fe, which promotes reforming of tar in the tar-containing gas. And a second catalyst holding part for holding a second catalyst containing one or more selected from the group of Si on the upstream side of the first catalyst holding part in the flow path, the first catalyst, And an oxidizing agent supply unit that supplies an oxidizing agent to one or both of the two catalysts.
また、第1の触媒の温度を測定する第1の温度測定部と、測定された第1の触媒の温度に応じて、酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第1の酸化剤制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 In addition, a first temperature measurement unit that measures the temperature of the first catalyst, and a first oxidation that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the first catalyst. And an agent control unit.
また、第2の触媒の温度を測定する第2の温度測定部と、測定された第2の触媒の温度に応じて、酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第2の酸化剤制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 In addition, a second temperature measurement unit that measures the temperature of the second catalyst, and a second oxidation that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the second catalyst. And an agent control unit.
また、第2触媒保持部の上流側において流通路から分岐され、第2触媒保持部の上流側のタール含有ガスを、流通路における第2触媒保持部と第1触媒保持部の間にバイパスするバイパス路と、タール含有ガスの流通先を、第2触媒保持部を流通する流通路と、バイパス路とで切り換える切換部と、第2触媒保持部の上流側のタール含有ガスの水蒸気濃度を測定する濃度測定部と、測定された水蒸気濃度が予め定められた第1の閾値以上である場合、切換部を制御して、タール含有ガスの流通先をバイパス路に切り換える切換制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 Further, the tar-containing gas that is branched from the flow path upstream of the second catalyst holding section and is upstream of the second catalyst holding section is bypassed between the second catalyst holding section and the first catalyst holding section in the flow path. Measures the water vapor concentration of the tar-containing gas upstream of the second catalyst holding unit, the switching unit for switching the bypass channel, the flow path of the tar-containing gas between the flow path passing through the second catalyst holding unit, and the bypass channel And a switching control unit that controls the switching unit to switch the distribution destination of the tar-containing gas to the bypass path when the measured water vapor concentration is equal to or higher than the first threshold value. It may be provided.
また、第2触媒保持部の上流側において流通路から分岐され、第2触媒保持部の上流側のタール含有ガスを、流通路における第2触媒保持部と第1触媒保持部の間にバイパスするバイパス路と、タール含有ガスの流通先を、第2触媒保持部を流通する流通路と、バイパス路とで切り換える切換部と、第1の触媒における圧力損失を測定する圧損測定部と、測定された圧力損失が予め定められた第2の閾値未満である場合、切換部を制御して、タール含有ガスの流通先をバイパス路に切り換える切換制御部と、をさらに備えるとしてもよい。 Further, the tar-containing gas that is branched from the flow path upstream of the second catalyst holding section and is upstream of the second catalyst holding section is bypassed between the second catalyst holding section and the first catalyst holding section in the flow path. A bypass path, a flow path through which the tar-containing gas is circulated through the second catalyst holding section, a switching section that switches between the bypass path, and a pressure loss measurement section that measures the pressure loss in the first catalyst. When the pressure loss is less than a predetermined second threshold value, a switching control unit that controls the switching unit to switch the distribution destination of the tar-containing gas to the bypass path may be further provided.
また、第2触媒保持部は、タール含有ガスによって第2の触媒を流動層化するとしてもよい。 Further, the second catalyst holding unit may fluidize the second catalyst with a tar-containing gas.
本発明は、タールを効率よく除去しつつ、可燃性ガスの低減を抑制することが可能となる。 The present invention can suppress the reduction of combustible gas while efficiently removing tar.
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詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
(第1の実施形態:ガス化ガス生成装置100)
図1は、第1の実施形態にかかるガス化ガス生成装置100を説明するための図である。図1に示すように、ガス化ガス生成装置100は、燃焼炉112と、媒体分離装置(サイクロン)114と、ガス化炉116と、タール改質装置200と、精製装置300とを含んで構成される。なお、図1中、ガス化原料およびガスの流れを実線の矢印で、流動媒体(砂)の流れを一点鎖線の矢印で示す。
(First embodiment: gasification gas generator 100)
FIG. 1 is a diagram for explaining a gasified
ガス化ガス生成装置100では、全体として、粒径が300μm程度の硅砂(珪砂)等の砂で構成される流動媒体を熱媒体として循環させている。具体的には、まず、流動媒体は、燃焼炉112で1000℃程度に加熱され、二酸化炭素(CO2)を含む燃焼排ガスとともに媒体分離装置114に導入される。媒体分離装置114においては、高温の流動媒体と燃焼排ガスとが分離され、当該分離された高温の流動媒体が、ガス化炉116に導入される。そして、ガス化炉116に導入された流動媒体は、ガス化炉116の底面から導入されるガス化剤(水蒸気)によって流動層化された後、最終的に、燃焼炉112に戻される。また、媒体分離装置114で分離された燃焼排ガスは、ボイラ等で熱回収される。
In the
ガス化炉116は、例えば、気泡流動層ガス化炉であり、褐炭等の石炭、石油コークス(ペトロコークス)、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等の液体原料といったガス化原料を700℃〜900℃でガス化させてガス化ガスを生成する。本実施形態では、ガス化炉116に水蒸気を供給することにより、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する(水蒸気ガス化)。
The
なお、ここでは、ガス化炉116として、循環流動層方式を例に挙げて説明したが、ガス化原料をガス化することができれば、ガス化炉116は、単なる流動層方式や、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式であってもよい。
Here, the
ガス化炉116で生成されたガス化ガスX1には、タール、水蒸気等が含まれているため、下流のタール改質装置200、精製装置300に送出され、精製される。以下、タール改質装置200、精製装置300の具体的な構成について順に説明する。
Since the gasification gas X1 generated in the
(タール改質装置200)
図2は、第1の実施形態にかかるタール改質装置200を説明するための図である。図2に示すように、タール改質装置200は、流通路210と、Ni系触媒保持部(第1触媒保持部)220と、酸化剤供給部230と、温度測定部(第1の温度測定部)240と、酸化剤制御部(第1の酸化剤制御部)250と、を含んで構成される。なお、図2中、ガスの流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
(Tar reformer 200)
FIG. 2 is a diagram for explaining the
流通路210は、ガス化炉116において生成された700℃程度のガス化ガスX1が流通する流路である。
The
Ni系触媒保持部220は、ガス化ガスX1中のタールの改質を促進する第1の触媒を、流通路210内に保持する。第1の触媒は、少なくともNiが含まれていればよく、例えば、活性金属としてNiを担持した酸化アルミニウム(Al2O3)である。以下、第1の触媒をNi系触媒と称する。
The Ni-based
上述したように、ガス化炉116では、水蒸気ガス化を行っているため、ガス化炉116で生成されたガス化ガスX1には水蒸気が多く(例えば、50%程度)含まれている。したがって、ガス化ガスX1にNi系触媒を接触させることで、ガス化ガスX1中のタールと水蒸気とを反応させることができ、タールを、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4)に改質することができる。
As described above, since gasification is performed in the
図3は、Ni系触媒保持部220の具体的な構成例を説明するための図である。なお、本実施形態では、垂直に交わるX軸、Y軸、Z軸を図3に示す通り定義している。
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific configuration example of the Ni-based
図3(a)に示すように、Ni系触媒が粒子形状(例えば、粒径が5mm程度)であったり、ペレット形状(例えば、円筒形状)である場合、流通路210を鉛直方向(図3中、Z軸方向)に延伸する管(すなわち、ガス化ガスX1は鉛直方向に流通する)で構成し、Ni系触媒保持部220を流通路210のXY断面(水平断面)に亘って形成された網で構成する。ここで、Ni系触媒保持部220には、Ni系触媒(図3(a)中、白丸で示す)の粒径よりも小さい穴220aが複数形成されている。そして、Ni系触媒保持部220の鉛直上方にNi系触媒を充填することで、流通路210内の所定の区間にNi系触媒が充填されて充填層が形成される。
As shown in FIG. 3A, when the Ni-based catalyst has a particle shape (for example, a particle size of about 5 mm) or a pellet shape (for example, a cylindrical shape), the
Ni系触媒を、粒子形状やペレット形状とすることにより、Ni系触媒の比表面積を大きくすることができ、Ni系触媒とガス化ガスX1との接触面積を大きくすることができる。これにより、ガス化ガスX1中のタールの改質効率を向上させることが可能となる。 By making the Ni-based catalyst into a particle shape or a pellet shape, the specific surface area of the Ni-based catalyst can be increased, and the contact area between the Ni-based catalyst and the gasification gas X1 can be increased. Thereby, the reforming efficiency of tar in the gasification gas X1 can be improved.
また、Ni系触媒保持部220を複数の平板で構成されたハニカム形状(網目形状)としてもよい。この場合、流通路210の延伸方向に限定はない。具体的に説明すると、図3(b)に示すように、例えば、流通路210が水平方向(図3(b)中X軸方向)に延伸する管である場合(すなわち、ガス化ガスX1は水平方向に流通する)、Ni系触媒保持部220は、平板をXY面に平行となるように配置した複数の平板と、XZ平面に平行となるように配置した複数の平板とが直交するように構成される。この場合、Ni系触媒は、Ni系触媒保持部220を構成する平板の表面に担持される。
Further, the Ni-based
Ni系触媒保持部220をハニカム形状とすることにより、ガス化ガスX1にダスト(粉塵)が含まれる場合であっても流通路210が閉塞されてしまう事態を回避することが可能となる。
By making the Ni-based
また、Ni系触媒保持部220は、ガス化ガスX1の流通方向に、Ni系触媒群を1段で保持してもよいし、複数段で保持してもよい。
Further, the Ni-based
図4は、Ni系触媒保持部220によって複数段に保持されるNi系触媒群を説明するための図である。図4に示すように、Ni系触媒保持部220は、ガス化ガスX1の流通方向に、例えば、Ni系触媒群を複数段(ここでは、3段)で保持してもよい。この場合、後述する酸化剤供給部230は、各段の上流側に酸化剤を供給する。
FIG. 4 is a diagram for explaining a Ni-based catalyst group held in a plurality of stages by the Ni-based
図2に戻って説明すると、酸化剤供給部230は、流通路210におけるNi系触媒に酸化剤(例えば、酸素、空気)を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部230は、流通路210におけるNi系触媒保持部220の上流側に酸化剤を導入することで、Ni系触媒に酸化剤を供給する。
Returning to FIG. 2, the
酸化剤供給部230が酸化剤を供給する構成により、ガス化ガスX1中の硫化水素(H2S)は触媒に吸着するものの分解することができ、硫化水素由来の硫黄によるNi系触媒の被毒(吸着)を低減することが可能となる。
With the configuration in which the
また、酸化剤供給部230が酸化剤を供給する構成により、タール中の直鎖不飽和炭化水素(例えば、エチレン、アセチレン、プロピレン等)を部分酸化させて、一酸化炭素、二酸化炭素に分解することができ、直鎖不飽和炭化水素由来の炭素によるNi系触媒の被毒(析出)を低減することが可能となる。
Further, the structure in which the
さらに、酸化剤供給部230が酸化剤を供給する構成により、ガス化ガスX1中の水素の一部を燃焼させることができ、ガス化ガスX1自体の温度を上昇させることが可能となる。これにより、Ni系触媒の温度を上昇させることができ、Ni系触媒の活性を向上させることが可能となる。すなわち、Ni系触媒によるタール改質効率(タール改質反応の反応速度)を上げることができる。また、ガス化ガスX1の温度を上昇させることで、Ni系触媒に対する硫黄の吸着量を低減することができる。したがって、Ni系触媒に対する硫黄の吸着に伴うタール改質効率の低下を抑制することが可能となる。
Furthermore, with the configuration in which the
温度測定部240は、Ni系触媒の温度を測定する。酸化剤制御部250は、温度測定部240が測定したNi系触媒の温度に応じて、酸化剤供給部230が供給する酸化剤の量を制御する。具体的に説明すると、酸化剤制御部250は、Ni系触媒の温度が、当該Ni系触媒の活性温度(例えば、650℃〜900℃)を下回らないように、酸化剤供給部230が供給する酸化剤の量を制御する。例えば、酸化剤制御部250は、ヒステリシス制御を行い、Ni系触媒の温度が700℃未満になると、Ni系触媒に供給する酸化剤の量を増加させるように酸化剤供給部230を制御し、Ni系触媒の温度が850℃以上になると、Ni系触媒に供給する酸化剤の量を減少させるように酸化剤供給部230を制御する。
The
かかる構成により、Ni系触媒を活性温度以上に維持することができ、タールの改質効率を維持することが可能となる。 With this configuration, the Ni-based catalyst can be maintained at an activation temperature or higher, and tar reforming efficiency can be maintained.
こうして、タール改質装置200によって、ガス化ガスX1(タール含有ガス)中のタールが改質されてガス化ガスX2となる。
Thus, the tar in the gasification gas X1 (tar-containing gas) is reformed by the
以上説明したように、本実施形態にかかるタール改質装置200によれば、酸化改質炉を用いてタールを改質する従来技術と比較して、ガス化ガスX1の温度を高温にする必要がないため、可燃性ガス(水素やメタン)の消費を低減しつつ、効率よくタールを改質することが可能となる。
As described above, according to the
(精製装置300)
図5は、精製装置300を説明するための図である。図5に示すように、精製装置300は、熱交換器310と、第1冷却器320と、第2冷却器330と、昇圧器340と、排水処理器350と、脱硫器360と、脱アンモニア器370と、脱塩器380とを含んで構成される。なお、脱硫器360、脱アンモニア器370、脱塩器380はガス化ガスの用途およびガス化原料の種類に応じて、設置順序および設置有無を変更することができる。なお、図5中、ガスの流れを実線の矢印で、水の流れを一点鎖線の矢印で示す。
(Purification device 300)
FIG. 5 is a diagram for explaining the
熱交換器310は、タール改質装置200から導入されたガス化ガスX2と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスX2の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスの出口温度を300℃〜600℃にする。
The
第1冷却器320は、水をスプレー噴霧することにより、300℃〜600℃となったガス化ガスをさらに冷却する。これにより、ガス化ガスに残存するタールや粉塵が凝縮し、ガス化ガスから除去される。
The
第2冷却器330は、海水、ブライン等を用いて、ガス化ガスを30℃以下にさらに冷却し、さらに残存するタールや粉塵を凝縮して除去する。なお、第2冷却器330の後段に電機集塵機等で構成されるミスト・粉塵除去器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。
The
昇圧器340は、ブロワや圧縮機、ターボ型のポンプ、容積型のポンプ等で構成され、第2冷却器330を通過したガス化ガスを0.1MPa〜5MPaに昇圧する。なお、昇圧器340の後段にガス化ガスを30℃以下に冷却する冷却器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。
The
排水処理器350は、第1冷却器320、第2冷却器330、昇圧器340で発生するタールや粉塵を含有する排水からタールや粉塵を除去する処理を行う。排水処理器350で処理した後の水(処理後水)は、熱交換器310や第1冷却器320等に再利用される。
The waste
脱硫器360は、ガス化ガスに残存する硫黄や硫黄化合物を除去する。脱アンモニア器370は、ガス化ガス中のアンモニア等の窒素化合物を除去する。脱塩器380は、ガス化ガス中の塩素や塩素化合物を除去する。
The
このように、ガス化ガス生成装置100で生成され、タール改質装置200でタールが改質されたガス化ガスX2は、熱交換器310、第1冷却器320、第2冷却器330、昇圧器340においてタールや粉塵が除去され、脱硫器360で硫黄が、脱アンモニア器370でアンモニアが、脱塩器380で塩素がそれぞれ除去されることにより精製され、精製ガス化ガスとなる。
As described above, the gasification gas X2 that is generated by the gasification
以上説明したように、本実施形態にかかるガス化ガス生成装置100によれば、ガス化炉116が水蒸気ガス化を行うことで、ガス化ガスX1中の水蒸気濃度を向上させることができ、Ni系触媒において水蒸気によるタールの改質を促進させることが可能となる。また、Ni系触媒を用いることにより、酸化改質炉と比較して、低温でタールの改質を行うことができるため、可燃性ガス(水素やメタン)の消費を低減しつつ、効率よくタールを改質することが可能となる。
As described above, according to the gasified
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、ガス化炉116が水蒸気ガス化を行っているため、タール改質装置200が改質するガス化ガスX1の水蒸気濃度が50%程度と高い。したがって、Ni系触媒への炭素の析出は相対的に少なくなる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, since the
しかし、ガス化炉116において利用されるガス化剤が窒素、不活性ガス等の場合や、ガス化原料を乾留することで生成されるガス(乾留ガス)である場合、ガス化ガスX1中の水蒸気濃度が水蒸気ガス化の場合と比較して著しく低い。そうすると、タール改質装置において、Ni系触媒に炭素が析出してしまい、Ni系触媒が被毒されてしまう。また、炭素数が2以上の直鎖不飽和炭化水素(以下、直鎖不飽和炭化水素と称する)が、ガス化ガスX1に多く含まれている場合にも、Ni系触媒に炭素が析出してしまい、Ni系触媒が被毒されてしまう。
However, when the gasifying agent used in the
そこで、本実施形態では、水蒸気濃度が低いガス化ガスX1中のタールや、直鎖不飽和炭化水素が多く含まれるガス化ガスX1中のタールを好適に除去できるガス化ガス生成装置について説明する。 Therefore, in this embodiment, a gasification gas generator that can suitably remove tar in the gasification gas X1 having a low water vapor concentration and tar in the gasification gas X1 containing a large amount of linear unsaturated hydrocarbons will be described. .
第2の実施形態にかかるガス化ガス生成装置は、燃焼炉112と、媒体分離装置114と、ガス化炉116と、タール改質装置400と、精製装置300とを含んで構成される。なお、上述した第1の実施形態で既に述べた、燃焼炉112、媒体分離装置114、ガス化炉116、精製装置300は、実質的に機能が等しいため重複説明を省略し、ここでは機能の異なるタール改質装置400について詳述する。
The gasified gas generator according to the second embodiment includes a
(タール改質装置400)
図6は、第2の実施形態にかかるタール改質装置400を説明するための図である。図6に示すように、タール改質装置400は、流通路210と、Ni系触媒保持部220と、鉱石系触媒保持部(第2触媒保持部)420と、酸化剤供給部430と、温度測定部240と、温度測定部(第2の温度測定部)440と、酸化剤制御部(第1の酸化剤制御部、第2の酸化剤制御部)450と、を含んで構成される。なお、上述した第1の実施形態で既に述べた、流通路210、Ni系触媒保持部220、温度測定部240は、実質的に機能が等しいため重複説明を省略し、ここでは機能の異なる鉱石系触媒保持部420、酸化剤供給部430、温度測定部440、酸化剤制御部450について詳述する。なお、図6中、ガスの流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
(Tar reformer 400)
FIG. 6 is a view for explaining a
鉱石系触媒保持部420は、ガス化ガスX1中のタールの改質を促進する第2の触媒を、流通路210内におけるNi系触媒保持部220の上流側に保持する。第2の触媒は、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数の元素の酸化物または炭酸塩であり、例えば、ドロマイト、カンラン石、褐鉄鉱、石灰石といった天然鉱石である。以下、第2の触媒を鉱石系触媒と称する。
The ore-based
鉱石系触媒は、Ni系触媒と比較して、全体的なタールの改質速度は遅いものの、炭化して触媒に析出しやすい、分子量の大きいタール(3以上のベンゼン環で構成される芳香族化合物)の改質速度が速い。 Ore-based catalysts are tars with a large molecular weight (aromatics composed of three or more benzene rings) that are easy to carbonize and precipitate on the catalyst, although the overall tar reforming rate is slower than Ni-based catalysts. Compound) has a high modification rate.
したがって、Ni系触媒が保持されるNi系触媒保持部220の上流側に鉱石系触媒保持部420を設けることで、水蒸気が少ないガス化ガスX1や、直鎖不飽和炭化水素が多く含まれるガス化ガスX1が導入される場合であっても、炭化して触媒に析出しやすい、分子量の大きいタールを効率よく改質することができる。これにより、Ni系触媒に炭素が析出してしまい、Ni系触媒が被毒される事態を回避することができ、Ni系触媒に対する炭素の析出に伴うタール改質効率の低下を抑制することが可能となる。
Therefore, by providing the ore-based
鉱石系触媒は、粒子形状(例えば、粒径が1cm程度)であっても、ペレット形状(例えば、円筒形状)であってもよい。いずれの場合であっても、鉱石系触媒保持部420は、上述したNi系触媒保持部220と同様に、流通路210を鉛直方向に延伸する管で構成し、鉱石系触媒保持部420を流通路210の水平断面に亘って形成された網で構成する。そして、鉱石系触媒保持部420の鉛直上方に鉱石系触媒を充填することで、流通路210内の所定の区間に鉱石系触媒が充填されて充填層が形成される。
The ore-based catalyst may have a particle shape (for example, a particle size of about 1 cm) or a pellet shape (for example, a cylindrical shape). In any case, the ore-based
鉱石系触媒を、粒子形状やペレット形状とすることにより、鉱石系触媒の比表面積を大きくすることができ、鉱石系触媒とガス化ガスX1との接触面積を大きくすることができる。これにより、ガス化ガスX1中のタールの改質効率を向上させることが可能となる。 By making the ore-based catalyst into a particle shape or pellet shape, the specific surface area of the ore-based catalyst can be increased, and the contact area between the ore-based catalyst and the gasification gas X1 can be increased. Thereby, the reforming efficiency of tar in the gasification gas X1 can be improved.
また、上述したNi系触媒保持部220と同様に、鉱石系触媒保持部420を複数の平板で構成されたハニカム形状(網目形状)とし、平板の表面に鉱石系触媒を担持してもよい。また、鉱石系触媒保持部420は、ガス化ガスX1の流通方向に、鉱石系触媒群を1段で保持してもよいし、複数段で保持してもよい。
Similarly to the Ni-based
さらに、鉱石系触媒保持部420は、ガス化ガスX1によって、鉱石系触媒を流動層化して保持してもよい。ガス化ガスX1の水蒸気濃度が極めて低かったり、低炭素炭化水素濃度が極めて高かったり、タールの濃度が極めて高い場合、鉱石系触媒に炭素が析出(吸着)してしまう場合もある。
Further, the ore-based
このように鉱石系触媒に炭素が析出する場合であっても、鉱石系触媒保持部420が、鉱石系触媒を流動層化して保持することにより、炭素の析出によって鉱石系触媒同士が固着し、鉱石系触媒保持部420において圧力損失が生じる事態を回避することができる。なお、鉱石系触媒保持部420が鉱石系触媒を流動層化して保持する場合、炭素が析出した鉱石系触媒を定期的に抜き出し、再生処理(燃焼)を行うことができる。
Thus, even when carbon is deposited on the ore-based catalyst, the ore-based
酸化剤供給部430は、Ni系触媒に加えて、鉱石系触媒に酸化剤を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部430は、流通路210におけるNi系触媒保持部220の上流側、および、鉱石系触媒保持部420の上流側に酸化剤を導入することで、Ni系触媒および鉱石系触媒に酸化剤を供給する。
The oxidizing
酸化剤供給部430が酸化剤を供給する構成により、ガス化ガスX1中の硫化水素(H2S)が触媒に吸着するものの分解することができ、硫化水素由来の硫黄による、鉱石系触媒の被毒(吸着)、および、Ni系触媒の被毒(吸着)を低減することが可能となる。
With the configuration in which the
また、酸化剤供給部430が酸化剤を供給する構成により、ガス化ガス中の直鎖不飽和炭化水素(例えば、エチレン、アセチレン、プロピレン等)を部分酸化させて、一酸化炭素、二酸化炭素に分解することができ、直鎖不飽和炭化水素由来の炭素による、鉱石系触媒の被毒(析出)、および、Ni系触媒の被毒(析出)を低減することが可能となる。
In addition, by the configuration in which the
さらに、酸化剤供給部430が酸化剤を供給する構成により、ガス化ガスX1中の水素の一部を燃焼させることができ、ガス化ガスX1自体の温度を上昇させることが可能となる。これにより、鉱石系触媒、および、Ni系触媒の温度を上昇させることができ、鉱石系触媒、および、Ni系触媒の活性を向上させることが可能となる。すなわち、鉱石系触媒、および、Ni系触媒によるタール改質効率(タール改質反応の反応速度)を上げることができる。また、ガス化ガスX1の温度を上昇させることで、鉱石系触媒、および、Ni系触媒に対する硫黄の吸着量を低減することができる。したがって、鉱石系触媒に対する硫黄の吸着に伴うタール改質効率の低下を抑制するとともに、Ni系触媒に対する硫黄の吸着に伴うタール改質効率の低下を抑制することが可能となる。
Furthermore, with the configuration in which the
温度測定部440は、鉱石系触媒の温度を測定する。酸化剤制御部450は、温度測定部240が測定したNi系触媒の温度に応じて、酸化剤供給部430がNi系触媒に供給する酸化剤の量を制御するとともに、温度測定部440が測定した鉱石系触媒の温度に応じて、酸化剤供給部430が鉱石系触媒に供給する酸化剤の量を制御する。具体的に説明すると、酸化剤制御部450は、Ni系触媒の温度が、当該Ni系触媒の活性温度(例えば、650℃〜900℃)を下回らないように、酸化剤供給部430が供給する酸化剤の量を制御するとともに、鉱石系触媒の温度が、当該鉱石系触媒の活性温度(例えば、650℃〜900℃)を下回らないように、酸化剤供給部430が供給する酸化剤の量を制御する。例えば、酸化剤制御部450は、ヒステリシス制御を行い、Ni系触媒の温度が700℃未満になると、Ni系触媒に供給する酸化剤の量を増加させるように酸化剤供給部430を制御し、Ni系触媒の温度が850℃以上になると、Ni系触媒に供給する酸化剤の量を減少させるように酸化剤供給部430を制御する。また、酸化剤制御部450は、ヒステリシス制御を行い、鉱石系触媒の温度が700℃未満になると、鉱石系触媒に供給する酸化剤の量を増加させるように酸化剤供給部430を制御し、鉱石系触媒の温度が850℃以上になると、鉱石系触媒に供給する酸化剤の量を減少させるように酸化剤供給部430を制御する。
The
以上説明したように、本実施形態にかかるタール改質装置400によれば、炭化して触媒に析出しやすい、分子量の大きいタールを効率よく改質することができる鉱石系触媒をNi系触媒の上流側に配することで、鉱石系触媒をトラップとして機能させて、水蒸気が少ないガス化ガスX1や、直鎖不飽和炭化水素が多く含まれるガス化ガスX1が導入される場合であっても、全体的なタールの改質速度が速いNi系触媒に炭素が析出してしまう事態を回避することができる。したがって、Ni系触媒への炭素の析出に伴うタール改質効率の低下を抑制することが可能となる。
As described above, according to the
(第3の実施形態)
上述した第2の実施形態では、ガス化ガスX1が必ず鉱石系触媒保持部420で改質される構成について説明した。しかし、ガス化炉116の運転状況や、ガス化原料によっては、ガス化ガスX1の水蒸気濃度が高くなったり、直鎖不飽和炭化水素濃度やタール濃度が低くなったりして、ガス化ガスX1を鉱石系触媒保持部420で処理せずともNi系触媒保持部220への炭素析出を低減できる場合もある。本実施形態では、ガス化ガスX1の性質によって、鉱石系触媒保持部420での処理を適宜変更可能なガス化ガス生成装置について説明する。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, the configuration in which the gasification gas X1 is always reformed by the ore-based
第3の実施形態にかかるガス化ガス生成装置は、燃焼炉112と、媒体分離装置114と、ガス化炉116と、タール改質装置500と、精製装置300とを含んで構成される。なお、上述した第1の実施形態で既に述べた、燃焼炉112、媒体分離装置114、ガス化炉116、精製装置300は、実質的に機能が等しいため重複説明を省略し、ここでは機能の異なるタール改質装置500について詳述する。
The gasified gas generator according to the third embodiment includes a
(タール改質装置500)
図7は、第3の実施形態にかかるタール改質装置500を説明するための図である。図7に示すように、タール改質装置500は、流通路210と、Ni系触媒保持部220と、鉱石系触媒保持部420と、酸化剤供給部430と、温度測定部240と、温度測定部440と、酸化剤制御部450と、バイパス路510と、切換部520と、濃度測定部530と、切換制御部540とを含んで構成される。なお、上述した第1の実施形態、第2の実施形態で既に述べた、流通路210、Ni系触媒保持部220、温度測定部240、鉱石系触媒保持部420、酸化剤供給部430、温度測定部440、酸化剤制御部450は、実質的に機能が等しいため重複説明を省略し、ここでは機能の異なるバイパス路510、切換部520、濃度測定部530、切換制御部540について詳述する。なお、図7中、ガスの流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
(Tar reformer 500)
FIG. 7 is a view for explaining a
バイパス路510は、鉱石系触媒保持部420の上流側において流通路210から分岐され、鉱石系触媒保持部420の上流側のガス化ガスX1を、流通路210における鉱石系触媒保持部420とNi系触媒保持部220の間にバイパスする。
The
切換部520は、ガス化ガスX1の流通先を、鉱石系触媒保持部420を流通する流通路210aと、バイパス路510とで切り換える。具体的に説明すると、切換部520は、第1バルブ520aと、第2バルブ520bとで構成され、第1バルブ520a、第2バルブ520bは、三方弁である。
The
濃度測定部530は、鉱石系触媒保持部420の上流側のガス化ガスX1の水蒸気濃度を測定する。
The concentration measuring unit 530 measures the water vapor concentration of the gasified gas X1 on the upstream side of the ore-based
切換制御部540は、濃度測定部530が測定した水蒸気濃度が予め定められた第1の閾値C1以上である場合、第1バルブ520a、第2バルブ520bを切り換え制御して、ガス化ガスX1の流通先をバイパス路510に切り換える。以下、このような各機能部の詳細な動作について、流路切換方法を通じて具体的に説明する。
When the water vapor concentration measured by the concentration measuring unit 530 is equal to or higher than the first threshold value C1, the switching
(流路切換方法)
図8は、流路切換方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態では、初期状態において、切換部520は、ガス化ガスX1の流通先をバイパス路510としている。
(Flow path switching method)
FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of processing of the flow path switching method. In the present embodiment, in the initial state, the
図8に示すように、まず、切換制御部540は、濃度測定部530が測定した水蒸気濃度が、第1の閾値C1未満であるか否かを判定する(S510)。第1の閾値C1未満である場合(S510におけるYES)、切換制御部540は、現在のガス化ガスX1の流通先がバイパス路510であるか否かを判定する(S512)。
As shown in FIG. 8, first, the switching
そして、バイパス路510である場合(S512におけるYES)、切換制御部540は、第1バルブ520a、第2バルブ520bを制御して、ガス化ガスX1の流通先を、鉱石系触媒保持部420を流通する流通路210aに切り換える(S514)。なお、現在のガス化ガスX1の流通先がバイパス路510でない場合(S512におけるNO)、切換制御部540は、流通先の切り換えを行わない、すなわち、ガス化ガスX1の流通先を流通路210aに維持する。
When the
一方、濃度測定部530が測定した水蒸気濃度が、第1の閾値C1未満でない、すなわち、第1の閾値C1以上である場合(S510におけるNO)、切換制御部540は、現在のガス化ガスX1の流通先がバイパス路510であるか否かを判定する(S522)。
On the other hand, when the water vapor concentration measured by the concentration measuring unit 530 is not less than the first threshold C1, that is, not less than the first threshold C1 (NO in S510), the switching
そして、バイパス路510でない場合(S522におけるNO)、切換制御部540は、第1バルブ520a、第2バルブ520bを制御して、ガス化ガスX1の流通先を、バイパス路510に切り換える(S524)。なお、現在のガス化ガスX1の流通先がバイパス路510である場合(S522におけるYES)、切換制御部540は、流通先の切り換えを行わない、すなわち、ガス化ガスX1の流通先をバイパス路510に維持する。
If the
以上説明したように、本実施形態にかかるタール改質装置500によれば、ガス化ガスX1の水蒸気濃度に応じて、ガス化ガスX1の流通先を切り換えることで、鉱石系触媒の長寿命化を図りつつ、効率よくタールを改質することが可能となる。
As described above, according to the
(実施例)
硫化水素400ppm、タールとしてのベンゼン20g/Nm3を含む模擬ガス化ガスに、酸化剤としての酸素を1%混合した模擬ガスを作成し、Ni系触媒によるベンゼンの改質効率について検討した。実施例では、Ni系触媒として、活性金属としてNiを担持した酸化アルミニウム(アルミナ)を用い、空間速度SV値が3000hr−1となるように800℃の模擬ガスをNi系触媒に流通させた。
(Example)
A simulated gas was prepared by mixing 400% hydrogen sulfide and 20 g / Nm 3 of benzene as a tar with 1% oxygen as an oxidant, and the reforming efficiency of benzene with a Ni-based catalyst was examined. In the examples, aluminum oxide (alumina) supporting Ni as an active metal was used as the Ni-based catalyst, and a simulated gas at 800 ° C. was circulated through the Ni-based catalyst so that the space velocity SV value was 3000 hr −1 .
図9は、実施例におけるNi系触媒によるベンゼンの改質結果を示す図である。図9に示すように、模擬ガスの流通を開始してから2時間までの間は、ベンゼンの改質率(ベンゼンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素に変換する率)が100%となっている。これにより、模擬ガスの流通を開始してから2時間までは、ガス化ガスに硫化水素が含まれていたとしても、Ni系触媒への硫黄の吸着が平衡まで到達しておらず、また炭素の析出もないと推測される。 FIG. 9 is a diagram showing the results of reforming benzene with a Ni-based catalyst in Examples. As shown in FIG. 9, the reforming rate of benzene (rate of converting benzene to hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide) is 100% for up to 2 hours after the circulation of the simulated gas. Yes. As a result, for up to 2 hours after the circulation of the simulated gas, even if hydrogen gas is contained in the gasification gas, the adsorption of sulfur on the Ni-based catalyst has not reached equilibrium, and carbon It is estimated that there is no precipitation.
また、図9に示すように、模擬ガスの流通を開始してから2時間を経過すると、ベンゼンの改質率が徐々に低下し、3時間を経過する頃には92%まで低下することが分かる。しかし、5時間を経過してもベンゼンの改質率が92%に維持されていることが分かる。これにより、模擬ガス(硫化水素)の流通時間が2時間を超えると、Ni系触媒に硫黄または炭素が析出するものの、模擬ガス中の酸素が硫化水素を分解することで、改質率の低下が8%程度に抑えることができることが分かった。すわなち、酸素を供給することで、Ni系触媒への硫黄の吸着または炭素の析出を低減することができ、Ni系触媒の改質率を92%に維持できることが分かった。 In addition, as shown in FIG. 9, when 2 hours have passed since the circulation of the simulated gas, the reforming rate of benzene gradually decreases, and when 3 hours pass, it may decrease to 92%. I understand. However, it can be seen that the reforming rate of benzene is maintained at 92% even after 5 hours. As a result, when the circulation time of the simulated gas (hydrogen sulfide) exceeds 2 hours, sulfur or carbon is deposited on the Ni-based catalyst, but oxygen in the simulated gas decomposes the hydrogen sulfide, thereby reducing the reforming rate. It was found that can be suppressed to about 8%. In other words, it was found that by supplying oxygen, sulfur adsorption or carbon deposition on the Ni-based catalyst can be reduced, and the reforming rate of the Ni-based catalyst can be maintained at 92%.
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が、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、上述した実施形態において、温度測定部240、温度測定部440、酸化剤制御部250、450を備える構成について説明した。しかし、Ni系触媒および鉱石系触媒のいずれか一方または双方が活性温度に維持できればよく、例えば、酸化剤供給部230、430が加温された酸化剤を供給する場合等においては、温度測定部240、440、酸化剤制御部250、450は必須の構成ではない。また、温度測定部240、温度測定部440、酸化剤制御部250、450を備えない構成において、例えば、ガス化ガスX1中の水蒸気濃度が50%である場合、酸化剤供給部230、430が供給する酸化剤の供給量はガス化ガスX1の流量の1%から10%以内とするとよい。これにより、ガス化ガスX1の温度を200℃以上上昇させることが可能となる。
For example, in the above-described embodiment, the configuration including the
また、上述した実施形態において、酸化剤制御部250、450は、温度測定部240、440が測定した触媒の温度に基づいて、酸化剤供給部230、430に供給させる酸化剤の供給量を調整している。しかし、ガス化炉116の運転状況に変化がない等ガス化ガスX1の温度が実質的に一定である場合、流通路210を流通するガス化ガスX1の流量に応じて、酸化剤供給部230、430に供給させる酸化剤の供給量を調整してもよい。
In the above-described embodiment, the
また、触媒上での炭素析出を回避するために、上述した第1の実施形態においてはNi系触媒保持部220の上流側、第2、第3の実施形態においては鉱石系触媒の上流側に加熱炉を設けておき、加熱炉においてガス化ガスX1の一部を燃焼させることで、ガス化ガスX1の温度を上昇させてもよい。
Further, in order to avoid carbon deposition on the catalyst, in the first embodiment described above, on the upstream side of the Ni-based
また、上述した第2、第3の実施形態では、水蒸気ガス化を行わないガス化炉116で生成されたガス化ガスX1中のタールを改質する場合を例に挙げて説明した。しかし、タール改質装置400、500が、水蒸気ガス化を行うガス化炉116が生成したガス化ガスX1中のタールを改質してもよい。
In the second and third embodiments described above, the case of reforming tar in the gasification gas X1 generated in the
また、上述した第2、第3の実施形態では、第1の酸化剤制御部と第2の酸化剤制御部との両方の機能を備える酸化剤制御部450について説明したが、第1の酸化剤制御部と第2の酸化剤制御部とが別体で構成されていてもよい。
In the second and third embodiments described above, the
また、上述した第2、第3の実施形態では、酸化剤供給部430は、Ni系触媒保持部220の上流側および鉱石系触媒保持部420の上流側に酸化剤を供給する場合を例に挙げて説明した。しかし、酸化剤供給部430は、鉱石系触媒保持部420の上流側または鉱石系触媒保持部420に酸化剤を供給し、Ni系触媒の温度が低下した場合やNi系触媒への炭素析出が進行した場合に、Ni系触媒保持部220の上流側またはNi系触媒保持部220に酸化剤を供給してもよい。
In the second and third embodiments described above, the
また、第3の実施形態において、切換制御部540は、濃度測定部530が測定した水蒸気濃度に基づいて、ガス化ガスX1の流通先を、バイパス路510と、流通路210aとで切り換えている。しかし、Ni系触媒保持部220における圧力損失を測定する圧損測定部を設けておき、切換制御部540は、測定された圧力損失が予め定められた第2の閾値未満である場合、切換部520を制御して、ガス化ガスX1の流通先をバイパス路510に切り換えてもよい。これにより、Ni系触媒保持部220の圧力損失の上昇程度に応じて、ガス化ガスX1の流通先を切り換えることができ、鉱石系触媒の長寿命化を図りつつ、効率よくタールを改質することが可能となる。
In the third embodiment, the switching
また、Ni系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420が、図3(b)に示すようなハニカム形状である場合、窒素や水蒸気によるスートブローを行うとしてもよい。図10は、スートブローが可能な構成を説明するための図であり、図10(a)は、流通路210、Ni系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420の斜視図を、図10(b)は、図10(a)のXZ断面図である。図10に示すように、流通路210におけるNi系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420の上流側に、図10(a)中、Z軸方向に貫通する配管610を複数本(図10では、3本)設けておく。また、図10(b)に示すように、配管610の、Ni系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420に対向する箇所に孔が設けられており、図10(b)中、実線の矢印で示すように配管610に窒素や水蒸気を流通させることで、孔からNi系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420に向かって窒素や水蒸気が噴霧されることとなる。これにより、Ni系触媒保持部220、鉱石系触媒保持部420に析出した炭素を除去することができる。
Further, when the Ni-based
なお、本明細書の流路切換方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。 In addition, each process of the flow-path switching method of this specification does not necessarily need to process in time series along the order described as a flowchart.
本発明は、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成するガス化ガス生成装置、および、タール含有ガス中のタールを改質するタール改質装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a gasification gas generation device that generates gasification gas by gasifying a gasification raw material and a tar reforming device that reforms tar in a tar-containing gas.
100 …ガス化ガス生成装置
116 …ガス化炉
200、400、500 …タール改質装置
210 …流通路
220 …Ni系触媒保持部(第1触媒保持部)
230、430 …酸化剤供給部
240 …温度測定部(第1の温度測定部)
250 …酸化剤制御部(第1の酸化剤制御部)
420 …鉱石系触媒保持部(第2触媒保持部)
440 …温度測定部(第2の温度測定部)
450 …酸化剤制御部(第1の酸化剤制御部、第2の酸化剤制御部)
510 …バイパス路
520 …切換部
530 …濃度測定部
540 …切換制御部
DESCRIPTION OF
230, 430 ...
250: Oxidant control unit (first oxidant control unit)
420 ... Ore-based catalyst holding part (second catalyst holding part)
440 ... Temperature measuring unit (second temperature measuring unit)
450 ... Oxidant control unit (first oxidant control unit, second oxidant control unit)
510:
Claims (12)
前記ガス化炉において生成されたガス化ガスが流通する流通路と、
前記ガス化ガス中のタールの改質を促進する、少なくともNiを含む第1の触媒を、前記流通路内に保持する第1触媒保持部と、
前記ガス化ガス中のタールの改質を促進する、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数の元素の酸化物または炭酸塩である第2の触媒を、前記流通路内における前記第1触媒保持部の上流側に保持する第2触媒保持部と、
前記第1の触媒および前記第2の触媒に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
を備えたことを特徴とするガス化ガス生成装置。 A gasification furnace for generating gasification gas by gasifying a gasification raw material using water vapor;
A flow path through which the gasification gas generated in the gasification furnace flows;
A first catalyst holding part for holding a first catalyst containing at least Ni, which promotes reforming of tar in the gasified gas, in the flow path;
A second catalyst that is an oxide or carbonate of one or more elements selected from the group of Ca, Mg, Fe, and Si that promotes reforming of the tar in the gasification gas; A second catalyst holding unit held on the upstream side of the first catalyst holding unit in the path;
An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the first catalyst and the second catalyst ;
A gasified gas generating apparatus comprising:
測定された前記第1の触媒の温度に応じて、前記酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第1の酸化剤制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のガス化ガス生成装置。 A first temperature measuring unit for measuring the temperature of the first catalyst;
A first oxidant control unit that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the first catalyst;
The gasified gas generator according to claim 1, further comprising:
測定された前記第2の触媒の温度に応じて、前記酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第2の酸化剤制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のガス化ガス生成装置。 A second temperature measuring unit for measuring the temperature of the second catalyst;
A second oxidant controller that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supplier in accordance with the measured temperature of the second catalyst;
Gasification gas generator according to claim 1 or 2, further comprising a.
前記ガス化ガスの流通先を、前記第2触媒保持部を通過する流通路と、前記バイパス路とで切り換える切換部と、
前記第2触媒保持部の上流側のガス化ガスの水蒸気濃度を測定する濃度測定部と、
測定された前記水蒸気濃度が予め定められた第1の閾値以上である場合、前記切換部を制御して、前記ガス化ガスの流通先を前記バイパス路に切り換える切換制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガス化ガス生成装置。 The gasification gas branched from the flow path upstream of the second catalyst holding part and upstream of the second catalyst holding part is allowed to flow between the second catalyst holding part and the first catalyst holding part in the flow path. A bypass route to bypass between,
A switching unit that switches a flow destination of the gasification gas between a flow path that passes through the second catalyst holding unit and the bypass path;
A concentration measuring unit for measuring the water vapor concentration of the gasification gas upstream of the second catalyst holding unit;
When the measured water vapor concentration is equal to or higher than a predetermined first threshold, the switching control unit controls the switching unit to switch the gasification gas distribution destination to the bypass path; and
The gasified gas generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記ガス化ガスの流通先を、前記第2触媒保持部を通過する流通路と、前記バイパス路とで切り換える切換部と、
前記第1の触媒における圧力損失を測定する圧損測定部と、
測定された前記圧力損失が予め定められた第2の閾値未満である場合、前記切換部を制御して、前記ガス化ガスの流通先を前記バイパス路に切り換える切換制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガス化ガス生成装置。 The gasification gas branched from the flow path upstream of the second catalyst holding part and upstream of the second catalyst holding part is allowed to flow between the second catalyst holding part and the first catalyst holding part in the flow path. A bypass route to bypass between,
A switching unit that switches a flow destination of the gasification gas between a flow path that passes through the second catalyst holding unit and the bypass path;
A pressure loss measuring unit for measuring a pressure loss in the first catalyst;
When the measured pressure loss is less than a predetermined second threshold value, the switching control unit controls the switching unit to switch the gasification gas distribution destination to the bypass path; and
The gasified gas generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記タール含有ガスが流通する流通路と、
前記タール含有ガス中のタールの改質を促進する、少なくともNiを含む第1の触媒を、前記流通路内に保持する第1触媒保持部と、
前記タール含有ガス中のタールの改質を促進する、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数を含む第2の触媒を、前記流通路内における前記第1触媒保持部の上流側に保持する第2触媒保持部と、
前記第1の触媒、および、前記第2の触媒のいずれか一方または双方に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
を備えたことを特徴とするタール改質装置。 A tar reformer for reforming tar in a tar-containing gas,
A flow path through which the tar-containing gas flows;
A first catalyst holding unit for holding in the flow path a first catalyst containing at least Ni that promotes reforming of the tar in the tar-containing gas;
The second catalyst containing one or more selected from the group of Ca, Mg, Fe, and Si, which promotes reforming of the tar in the tar-containing gas, the first catalyst holding in the flow passage A second catalyst holding part to be held upstream of the part;
An oxidant supply unit for supplying an oxidant to one or both of the first catalyst and the second catalyst;
A tar reforming apparatus comprising:
測定された前記第1の触媒の温度に応じて、前記酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第1の酸化剤制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項7に記載のタール改質装置。 A first temperature measuring unit for measuring the temperature of the first catalyst;
A first oxidant control unit that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supply unit according to the measured temperature of the first catalyst;
The tar reforming apparatus according to claim 7 , further comprising:
測定された前記第2の触媒の温度に応じて、前記酸化剤供給部が供給する酸化剤の量を制御する第2の酸化剤制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項7または8に記載のタール改質装置。 A second temperature measuring unit for measuring the temperature of the second catalyst;
A second oxidant controller that controls the amount of oxidant supplied by the oxidant supplier in accordance with the measured temperature of the second catalyst;
The tar reforming apparatus according to claim 7 or 8 , further comprising:
前記タール含有ガスの流通先を、前記第2触媒保持部を流通する流通路と、前記バイパス路とで切り換える切換部と、
前記第2触媒保持部の上流側のタール含有ガスの水蒸気濃度を測定する濃度測定部と、
測定された前記水蒸気濃度が予め定められた第1の閾値以上である場合、前記切換部を制御して、前記タール含有ガスの流通先を前記バイパス路に切り換える切換制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載のタール改質装置。 The tar-containing gas that is branched from the flow path upstream of the second catalyst holding section and is upstream of the second catalyst holding section is passed between the second catalyst holding section and the first catalyst holding section in the flow path. A bypass route to bypass between,
A switching part for switching the flow destination of the tar-containing gas between a flow path flowing through the second catalyst holding part and the bypass path;
A concentration measuring unit for measuring the water vapor concentration of the tar-containing gas upstream of the second catalyst holding unit;
When the measured water vapor concentration is equal to or higher than a predetermined first threshold, the switching unit is controlled to switch the flow destination of the tar-containing gas to the bypass path; and
The tar reforming apparatus according to any one of claims 7 to 9 , further comprising:
前記タール含有ガスの流通先を、前記第2触媒保持部を流通する流通路と、前記バイパス路とで切り換える切換部と、
前記第1の触媒における圧力損失を測定する圧損測定部と、
測定された前記圧力損失が予め定められた第2の閾値未満である場合、前記切換部を制御して、前記タール含有ガスの流通先を前記バイパス路に切り換える切換制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載のタール改質装置。 The tar-containing gas that is branched from the flow path upstream of the second catalyst holding section and is upstream of the second catalyst holding section is passed between the second catalyst holding section and the first catalyst holding section in the flow path. A bypass route to bypass between,
A switching part for switching the flow destination of the tar-containing gas between a flow path flowing through the second catalyst holding part and the bypass path;
A pressure loss measuring unit for measuring a pressure loss in the first catalyst;
When the measured pressure loss is less than a predetermined second threshold value, the switching control unit controls the switching unit to switch the flow destination of the tar-containing gas to the bypass path; and
The tar reforming apparatus according to any one of claims 7 to 9 , further comprising:
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