JP6231842B2 - ガス化炉を備えたガス化システム - Google Patents

Description

本発明は、固体燃料中の可燃分をガス化して灰分を溶融スラグ化するガス化炉に係り、特に褐炭等の水分含有量の多い固体燃料をガス化炉の燃料として適用するガス化炉を備えたガス化システムに関する。

褐炭等の水分含有量の多い固体燃料の利用量は、全石炭の約半分に増加している。褐炭の水分含有量は、３０〜６５％程度である。これは、日本で発電用に多く用いられている瀝青炭の５〜１０倍多い。

褐炭の単位重量当たりの真発熱量は、瀝青炭の４０〜７０％程度と低いため、同じ酸素量で比較すると、褐炭の燃焼温度は、瀝青炭より数百度低くなる。

これに対し、固体燃料を部分燃焼（ガス化）させてＣＯやＨ_２を主成分とする生成ガスを回収し、固体燃料中の灰分を溶融スラグ化して生成ガスから分離するガス化炉では、ガス化炉の炉内温度を灰融点（１２００〜１６００℃）以上に高める必要がある。

固体燃料として褐炭を未乾燥でガス化炉に投入した場合、その水分量の多さと真発熱量の低さからガス化炉の炉内温度が上がらず、炉内で灰溶融できずにガス化運転できない場合がある。

ガス化炉の炉内温度を上げるためには、ガス化炉投入前の固体燃料の褐炭を乾燥して水分量を低減し、ガス化炉に投入する固体燃料の真発熱量を高める必要がある。

一方、ガス化炉のエネルギー効率を高めるには、固体燃料の褐炭の乾燥動力低減が不可欠である。

例えば、ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報（特許文献１）には、乾燥により水分含有量を調整した固体燃料を、ガス化炉に設けた上下段バーナからガス化炉内に投入する構成のガス化炉が記載されている。

また、特開２０１２−１７３７１号公報（特許文献２）には、固体燃料をガス化炉に設けた上下段バーナからガス化炉内に投入する構成のガス化炉であって、下段バーナには瀝青炭や亜瀝青炭や石油コークスといった乾燥プロセスの不要な固体燃料を供給し、上段バーナには下段バーナよりも低灰分かつ低燃料比の固体燃料を供給する構成のガス化炉が記載されている。そして褐炭等の水分含有量の多い固体燃料は、乾燥後に上段バーナからガス化炉内に投入されている。

ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報 特開２０１２−１７３７１号公報

褐炭等の高水分の固体燃料をガス化炉の固体燃料として用いるための課題として、燃料乾燥の動力低減、乾燥で発生した水蒸気の有効利用、ガス化炉内で灰溶融ガス化を成立させるための炉内温度低下防止が挙げられる。

まず、褐炭等の高水分の固体燃料を乾燥するために必要なエネルギー使用量試算の一例として、水分５０ｗｔ％の固体燃料１５００ｔ／ｄ（含有水分７５０ｔ／ｄ）を水分２５ｗｔ％の固体燃料１０００ｔ／ｄ（含有水分２５０ｔ／ｄ）に乾燥する場合の、乾燥後の燃料の総発熱量の試算例を表１に、燃料乾燥に必要な熱量の試算例を表２にそれぞれ示す。

表１は、水分５０ｗｔ％の固体燃料１５００ｔ／ｄ（含有水分７５０ｔ／ｄ）を水分２５ｗｔ％の固体燃料１０００ｔ／ｄ（含有水分２５０ｔ／ｄ）に乾燥する場合の、乾燥後の燃料の総発熱量を示す試算例であり、表２は、水分５０ｗｔ％の固体燃料１５００ｔ／ｄ（含有水分７５０ｔ／ｄ）を水分２５ｗｔ％の固体燃料１０００ｔ／ｄ（含有水分２５０ｔ／ｄ）に乾燥する場合の、乾燥後の燃料の燃料乾燥に必要な熱量を示す試算例である。

表２の試算例に記載した燃料乾燥に必要な熱量においては、燃料中の水分は２０℃の液体で存在すると仮定し、燃料乾燥の定義は、２０℃の液体の水を１００℃の水蒸気に加熱することとした。

その結果、表１の試算例における項目（４）の乾燥後燃料の総発熱量に関する値、及び、表２の試算例における項目（１０）の燃料乾燥に必要な熱量に関する値から検討すると、燃料乾燥に必要な熱量は、乾燥後燃料の総発熱量の約７％に達する。

上記の試算結果からも、褐炭等の高水分の固体燃料を用いる場合、ガス化炉のエネルギー効率を高めるには、乾燥動力を低減し、燃料乾燥に必要な熱量の削減が不可欠である。

しかしながら、前記ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報及び特開２０１２−１７３７１号公報には、褐炭等の高水分の固体燃料のみを用いた場合の、燃料乾燥に必要な熱量の削減策については、何等言及されていない。

次に、燃料乾燥で発生した水蒸気の有効利用方法としては、燃料乾燥の熱源、ガス化炉で発生した生成ガスとの混合による生成ガスの冷却およびシフト反応促進、ガス化炉内への燃料投入による炉壁の高温化防止および水蒸気ガス化反応促進等が考えられる。

ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報には、ガス化炉に投入する固体燃料中の水分量を所定値となるように乾燥させ、炉内の水蒸気ガス化反応を促進させるガス化炉について記載されている。

しかしながら、前記ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報及び特開２０１２−１７３７１号公報には、燃料乾燥で発生した水蒸気の有効利用方法については、何等言及されていない。

炉内温度低下防止策について、前記ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報では、乾燥した固体燃料を上下段バーナからガス化炉内に投入するガス化炉に関する技術が記載されている。

また、特開２０１２−１７３７１号公報には、下段バーナから発熱量の高い瀝青炭、亜瀝青炭、石油コークスをガス化炉内に投入し、上段バーナから乾燥させた褐炭をガス化炉内に投入するガス化炉に関する技術が記載されている。

しかしながら、褐炭等の高水分の固体燃料のみをガス化炉に投入する燃料として用いた場合に、燃料の乾燥動力低減も考慮したガス化炉内の温度低下防止策については、前記ＷＯ２０１１−１２９１９２号公報及び特開２０１２−１７３７１号公報のいずれにも言及されていない。

本発明の目的は、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムを提供することにある。

本発明のガス化炉を備えたガス化システムは、固体燃料と酸素をガス化炉の高さ方向に複数段設置したバーナからガス化炉内に供給し、ガス化炉内で固体燃料中の可燃分をガス化した生成ガスを生成すると共に、固体燃料中の灰分を溶融して溶融スラグ化するガス化炉を備えたガス化システムにおいて、 前記複数段設置したバーナにそれぞれ固体燃料を供給する複数の燃料供給系統を設置し、前記複数段設置したバーナのうち、下段のバーナに固体燃料を供給する燃料供給系統に、水分を含有した固体燃料である高水分燃料を乾燥する乾燥装置を備えた固体燃料の含有水分量を調整する手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

本発明の第１実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムの系統図。 本発明の第２実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムであって、生成ガスの冷却にクエンチャーを用いたガス化システムの系統図。 本発明の第３実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムの系統図。 本発明の第４実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムであって、ガス化炉への固体燃料の搬送ガスを予熱するガス化システムの系統図。 本発明の第５実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムであって、ガス化炉への固体燃料の搬送ガスを予熱するガス化システムの系統図。

本発明の実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムについて、図面を参照して説明する。

本発明の第１実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムについて、図１を参照して説明する。

図１に示した本実施例のガス化炉を備えたガス化システムは、燃料の乾燥・供給、燃料のガス化、ガス化した生成ガスの脱塵、生成ガスのガス精製、生成ガス中のＣＯ_２回収、再利用するＣＯ_２供給系をそれぞれ備えている。

図１に示した第１実施例であるガス化炉を備えたガス化システムにおいて、固体燃料の高水分燃料１をガス化するガス化炉１６については、２つの燃料供給系統１０ａ、１０ｂを通じて固体燃料の高水分燃料１をそれぞれ投入するバーナ３９、４０をガス化炉１６に上下に２段備えて構成しており、このガス化炉１６内で投入した固体燃料中の可燃分のガス化で生じた生成ガス１７をガス化炉１６の上方より、炉下部の高温化で固体燃料中の灰分の溶融スラグ化で生じた溶融スラグをガス化炉１６の下方より、それぞれ抜き出すガス化方式を適用している。

本実施例のガス化炉を備えたガス化システムでは、ガス化炉１６の炉下部を高温化するために、２つの燃料供給系統１０ａ、１０ｂのうち、ガス化炉１６の炉下部に設置した下段バーナ４０から該ガス化炉１６内に投入する固体燃料の高水分燃料１のみを供給する燃料供給系統１０ｂで乾燥させる。

また、ガス化炉１６で固体燃料をガス化して生じた生成ガスについては、生成ガス中のＣ分をＣＯ_２として回収し、生成ガス中のＨ_２を主に利用する。

本実施例のガス化炉を備えたガス化システムは、吸収液によるＣＯ_２回収方式を用いた場合について説明する。生成ガスから回収したＣＯ_２の一部は、プラント排熱で予熱し、予熱したＣＯ_２を圧縮して固体燃料の高水分燃料１を搬送する搬送ガスとして用いる。

本実施例のガス化炉を備えたガス化システムでは、固体燃料の高水分燃料１を搬送ガスとして用いるＣＯ_２を予熱する熱源に、ＣＯ_２吸収液の再生加熱用蒸気を用いる場合で説明する。

燃料供給系統１０ｂを通じてガス化炉１６の下段バーナ４０に供給する固体燃料の高水分燃料１は、前記燃料供給系統１０ｂを構成する乾燥装置２で乾燥した後に、粉砕装置３に供給される。

高水分燃料１として褐炭を用いた場合、３０〜６５ｗｔ％の水分を含むが、乾燥装置２による乾燥により水分２５ｗｔ％以下に低減させるのが望ましい。

また、前記乾燥装置２で固体燃料の高水分燃料１を乾燥することにより、飛散燃料を含む水蒸気２７が発生する。ここで、飛散燃料の多くは微粒である。

前記乾燥装置２で乾燥した固体燃料の高水分燃料１は粉砕装置３に供給され、この粉砕装置３によって固体燃料の高水分燃料１は、平均粒径数十ミクロン程度に粉砕される。

そして粉砕装置３で粉砕された固体燃料の高水分燃料１は、ロックホッパ４に貯留された後、所定の圧力に昇圧されて、移送弁６を介してフィードホッパ５に移送される。

燃料移送の際、ロックホッパ４からの移送不良を防ぐべく、ロックホッパ均圧弁７とフィードホッパ均圧弁８を開けて、ロックホッパ４とフィードホッパ５を均圧化し、ロックホッパ４の出口付近に不活性ガスを投入する。

本実施例のガス化炉を備えたガス化システムでは、この不活性ガスに、燃料搬送ガスと同様に、圧縮したＣＯ_２（１０４）を用いる。なお、ロックホッパ４とフィードホッパ５の圧力は、圧力調整弁９で調整する。

フィードホッパ５に移送された固体燃料の高水分燃料１は、圧縮したＣＯ_２（１０４）で圧送され、前記燃料供給系統１０ｂを構成する燃料搬送管１０とガス化炉１６に設置した下段バーナ４０を通じて、ガス化炉１６内に投入される。

ガス化炉１６内では、下段バーナ４０を通じて投入された固体燃料の高水分燃料１は、同じく下段バーナ４０より投入される酸素１５と混合して着火してガス化し、生成ガス１７を生成する。

これにより、ガス化炉１６の下部を高温化することで固体燃料の高水分燃料１の灰分を溶融スラグ化する。溶融スラグは、ガス化炉１６のスラグタップ５９から直下のクエンチ部５３に流下して冷却されて固化し、スラグ３１として回収される。

このスラグ３１は非晶質で、重金属の溶出も検出限界未満であるため、コンクリート骨材などへの有効利用が可能である。

次に、ガス化炉１６の上段バーナ３９に供給する固体燃料の高水分燃料１は、未乾燥のまま、燃料供給系統１０ａを構成する粉砕装置３で粉砕され、ロックホッパ４、フィードホッパ５を経由した後、搬送管１０とガス化炉１６に設置した上段バーナ３９を通じて、ガス化炉１６に投入される。

このように、前記燃料供給系統１０ａを構成してガス化炉１６に投入する固体燃料の一部の高水分燃料１を未乾燥にしてガス化炉１６に投入する構成にすることによって、固体燃料の高水分燃料１を乾燥させる乾燥動力も低減でき、プラントのエネルギー効率も向上する。

例えば、固体燃料の高水分燃料１に褐炭を用いた場合、未乾燥の状態でも、乾燥褐炭と同様のハンドリングが可能な場合があるため、ガス化炉１６内で灰溶融ガス化を維持できれば、本実施例のガス化炉を備えたガス化システムは成立する。

本実施例である高水分燃料を供給してガス化するガス化炉を備えたガス化システムによれば、褐炭等の高水分の固体燃料の全量でなく、一部を乾燥させてガス化炉に投入することになるため、燃料の乾燥動力を低減できる。

例えば、上下２段のバーナから等量の燃料を投入するガス化炉において、上段バーナから未乾燥の燃料を投入することで、乾燥動力を半減できる。

一方、下段バーナから乾燥した燃料を投入することで、炉下部の温度低下を防ぐことができ、炉下部における灰の溶融スラグ化を維持する。

上段バーナから未乾燥の燃料を投入することで、ガス化炉上段部には多量の水分が投入される。燃料中の水分が炉内で蒸発し、上段バーナからの噴流に同伴されることで、上段バーナの火炎温度が低下する。

これにより、上段バーナの噴流が壁面近傍を流下する場合でも、高温火炎による炉壁溶損のリスクを低減できる。さらに、上段バーナの噴流に同伴される固体燃料中の炭素分は、水蒸気と混合することで（１）式の水蒸気ガス化反応が進むため、炉内における炭素ガス化率も向上する。

Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２ ・・・・（１）
次に、燃料乾燥で発生した水蒸気を、ガス化炉で発生した生成ガスと混合させることで、生成ガスを冷却できる。

これにより、ガス化炉の下流側に設置される生成ガス冷却部を小型化でき、生成ガス冷却用に投入する水又は水蒸気の流量を削減できる。

また、生成ガス中の水蒸気濃度を高めた運用とすることで、下流のシフト反応器で添加する水蒸気量も削減できる。特に９００〜１０００℃以上で水蒸気濃度を高めると、（２）式のシフト反応も促進できるため、下流のシフト反応器で添加する水蒸気量をさらに削減できる。

ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・・（２）
また、燃料乾燥で発生した水蒸気をバーナ近傍の側壁、又はバーナ面よりガス化炉内に供給することで、側壁やバーナ近傍のガス温度を低下し、側壁とバーナを保護する。

一方、燃料乾燥で発生した水蒸気には、微粉の固体燃料も混入する。

本発明のように、燃料乾燥で発生した水蒸気を生成ガスと混合させたり、ガス化炉内に投入したりすることで、水蒸気に同伴された微粉の固体燃料を除去するための集塵手段を不要化して系統簡素化でき、かつ乾燥時の燃料ロスを低減できる。

最後に、プラント排熱で固体燃料を搬送する不活性ガスを予熱することで、ガス化炉内の温度低下防止と、プラントのエネルギー効率向上に有効である。

従来は未利用であった水洗塔やクエンチャーからの２００℃程度の高温水や、ＣＯ２回収する場合のＣＯ_２再生塔におけるＣＯ_２吸収液の再生加熱器からの１００〜１５０℃程度の高温水の顕熱を回収し、ガス化炉に投入するため、プラント排熱を有効利用でき、かつガス化炉内の温度低下防止に有効である。

前記ガス化炉１６に投入される酸素１５の総量は、高水分燃料１の完全燃焼に必要な酸素量よりも少なくする。これにより、ガス化炉１６内で高水分燃料１がガス化されて、ＣＯ、Ｈ_２を主成分とする生成ガス１７が発生する。

生成ガス１７の温度は８００℃以上であるため、ガス化炉１６の直上に設置した生成ガス冷却部１８の側壁に水冷管１８ａを配置し、別系統として配設された冷却水系統１８ｂを通じて冷却水を前記水冷管１８ａに供給することによって、ガス化炉１６内で生成した生成ガス１７を３５０℃程度まで冷却される。

ここで、生成ガス冷却部１８を小型化し、プラント建設コストを低減させるために、噴霧水３２を生成ガス冷却部１８に投入して生成ガス１７を冷却する。

さらに、ガス化炉１６に設置した前記下段バーナ４０に投入する固体燃料の高水分燃料１を乾燥させる前記燃料供給系統１０ｂを構成する乾燥装置２で発生した飛散燃料を含む水蒸気２７を、コンプレッサ２８で昇圧し、昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気２９として、生成ガス冷却部１８に設けた噴霧ノズル２９ａから生成ガス冷却部１８内に投入し、生成ガス１７を冷却する。

これにより、ガス化炉１６内でガス化した生成ガス１７は、生成ガス冷却部１８に投入された水や水蒸気と混合して冷却されるだけでなく、生成ガス１７中の水蒸気濃度も高められる。

上記した構成によって、ガス化炉１６の下流側に設置されたシフト反応器３８で添加されるシフト反応用水蒸気３０の流量を低減でき、プラントのエネルギー効率を向上できる。

また、ガス化炉１６内でガス化した生成ガス１７の温度が９００〜１０００℃以上で水蒸気濃度を高めることができれば、生成ガス冷却部１８内においても、（２）式に前述したシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ_２）が無触媒で進む。

シフト反応器３８で使用するシフト触媒量も低減できるため、プラントの運転コスト低減にも寄与できる。

生成ガス冷却器１８で３５０℃程度まで冷却された生成ガス１７は、脱塵装置１９で脱塵され、生成ガス１７中に同伴されたチャー２０が回収される。

ここで、チャー２０には、ガス化炉１６内で発生したチャーと、生成ガス冷却器１８にて投入された昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気２９に含まれる飛散燃料が含まれる。

チャー２０は、上述した高水分燃料１と同様にチャーロックホッパ２１からチャーフィードホッパ２２に移送され、圧縮したＣＯ_２１０４で圧送されてチャー搬送管６０、チャーバーナ６１を介してガス化炉１６に再投入される。

脱塵装置１９で脱塵された３５０℃程度の生成ガス１７は、生成ガスの熱交換器３６でＣＯ２吸収後の生成ガス４３との熱交換により、２５０〜３００℃程度に冷却される。

その後、生成ガス１７はガス精製部に供給され、まず水洗塔３３で塩素等のハロゲン物質、および脱塵装置１９を通過した微粒子などが除去される。

水洗塔３３で２００℃程度に冷却された生成ガス１７は、生成ガスの加熱器３７で２２０℃程度に加熱されてＣＯＳ転化器３４に供給される。

ＣＯＳ転化器３４において、ＣＯＳをＨ_２Ｏとの反応により、ＣＯＳ中Ｓ分をＨ_２Ｓとさせる。

なお、水洗塔３３出口の生成ガス１７の温度は露点以上とし、生成ガスの加熱器３７出口の温度がＣＯＳ転化器３４に適した条件であることに留意する必要がある。

ＣＯＳ転化器下流の生成ガス３５は、生成ガスの熱交換器３６と生成ガスの加熱器３７で２５０〜３００℃程度に加熱され、シフト反応器３８に供給される。

シフト反応器３８では、シフト反応用水蒸気３０を添加し、前述の（２）式のシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２）を進行させる。

これにより、シフト反応後の生成ガス４１の主成分はＨ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏとなる。

なお、シフト反応器３８入口のＣＯＳ転化器３４の下流の生成ガス３５温度は、シフト反応器３８内に充填されたシフト触媒の特性に応じて、適宜調整すると良い。

また、シフト反応器３８における上述したシフト反応は発熱反応であるため、シフト反応後の生成ガス４１の温度は、シフト反応器３８の入口側の温度より数十℃以上高まり、３５０℃以上となる。

シフト反応後の生成ガス４１の温度については、シフト触媒保護の観点で調整する必要があり、シフト反応器３８の複数設置や冷却等で対処しても良い。

３５０℃以上となったシフト反応後の生成ガス４１は、前記の生成ガスの熱交換器３６とクーラー５８で４０℃程度に冷却され、ＣＯ_２回収部のＣＯ_２吸収塔４２に供給される。

ＣＯ_２吸収塔４２において、シフト反応後の生成ガス４１は、ＣＯ_２吸収液（ジメチルエタノールアミンなど）と接触して生成ガス４１中のＣＯ_２が除去される。ここで、シフト反応後の生成ガス４１中のＨ_２Ｓも同時に除去される。

これにより、ＣＯ_２吸収塔４２によって生成ガス４１中のＣＯ_２を吸収後の生成ガス４３の主成分はＨ_２となり、発電用燃料のみならず、メタノールやＤＭＥ（ジメチルエーテル）やアンモニアなどの原料などに利用できる。

ＣＯ_２吸収塔４２で生成ガス４１からＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液４７は、ＣＯ_２吸収液４７の熱交換器４４、ＣＯ_２吸収液４７の加熱器４５で１００℃以上に加熱されて、ＣＯ_２再生塔４６に供給される。

このＣＯ_２再生塔４６において、ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液４７から該ＣＯ_２吸収液４７中のＣＯ_２を放出させることで、ＣＯ_２吸収液４７の再利用が可能となる。

ＣＯ_２再生塔４６でＣＯ_２吸収液４７中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収率を高く保つには、ＣＯ_２吸収液４７を保温する必要がある。

そこで、ＣＯ_２吸収液４７の一部の吸収液を、再生加熱用のＣＯ_２吸収液４８としてＣＯ_２再生塔４６から抜き出し、ＣＯ_２吸収液４８の加熱器４９で１００℃以上に再加熱した後、前記ＣＯ_２再生塔４６に戻すと良い。

この再生加熱用のＣＯ_２吸収液４８をＣＯ_２吸収液の加熱器４９で加熱する熱源には、従来は利用されなかった３００℃以下の低温蒸気が適しており、これをＣＯ_２吸収液の再生加熱用蒸気５０と呼ぶ。

ここで、本実施例の高水分燃料用ガス化炉を含むガス化システムでは、シフト反応後の生成ガス４１からのＣＯ_２回収に、吸収液を用いた化学吸収方式を記載したが、物理吸収、化学吸収、化学吸着、膜分離、深冷分離方式といった他のＣＯ_２回収方式を用いても構わない。

ＣＯ_２再生塔４６で回収した回収ＣＯ_２１０１は、その一部を再利用ＣＯ_２１０２とし、残りを貯留ＣＯ_２１０３とする。

再利用ＣＯ_２１０２については、ガス化炉１６側での必要量に応じて、再利用ＣＯ_２１０２の流量調整弁５１で流量調整し、再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５で予熱し、ＣＯ_２コンプレッサ５２で断熱圧縮してさらに昇温し、圧縮したＣＯ_２１０４として固体燃料の高水分燃料１やチャー２０の搬送ガスに用いる。

再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５で再利用ＣＯ_２１０２を予熱する熱源には、エネルギー効率向上の観点で、従来は未利用だったプラント排熱の適用が適している。

本実施例のガス化炉を備えたガス化システムでは、この再利用ＣＯ_２を予熱する熱源として、ＣＯ_２再生塔４６で使用するＣＯ_２吸収液４８を加熱するＣＯ_２吸収液の加熱器４９を設置し、前記加熱器４９に再生加熱用蒸気５０を供給して、該ＣＯ_２吸収液４８の加熱に再生加熱用蒸気５０を用いている。

この場合、前記加熱器４９で使用済みのＣＯ_２吸収液４８の再生加熱用蒸気５０の蒸気温度が１００℃以上であるため、再利用ＣＯ_２１０２も１００℃程度に予熱できる。

なお、昇温、圧縮したＣＯ_２１０４の一部を、前記燃料供給系統１０ｂを構成する乾燥装置２で高水分燃料１を乾燥する熱源等に用いても構わない。

以上の説明により、ガス化炉１６内に上段バーナ３９及び下段バーナ４０を通じて投入する固体燃料の高水分燃料１の全量でなく、高温化を要する箇所である下段バーナ４０を通じてガス化炉１６内に投入する固体燃料の高水分燃料１の一部のみを前記燃料供給系統１０ｂで乾燥させることで、固体燃料の高水分燃料１を乾燥させる燃料乾燥の動力を低減する。

また、この燃料乾燥で発生した水蒸気を、ガス化炉１６内でガス化した生成ガス１７の冷却に用い、かつ下流側のシフト反応器で添加する水蒸気量も削減する。

また、ガス化炉１６内でガス化した生成ガス１７中のＣ分をＣＯ_２として回収し、その一部をプラント排熱で予熱して再利用することで、ガス化炉１６内の温度低下を防止し、エネルギー効率を高めることができる。

本実施例によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

図２に、本発明の第２実施例である高水分燃料用ガス化炉を含むガス化システムの系統図を示す。

本実施例では、第１実施例に前述した図１と異なる箇所、すなわちガス化炉で発生した生成ガスの冷却に、生成ガス冷却部とクエンチャーを併用するガス化システムについて説明する。

ガス化炉１６で発生した生成ガス１７は、生成ガス冷却部１８で８００℃以下程度に冷却される。これは、ファウリングにより、生成ガス冷却部１８と下流のクエンチャー５４をつなぐ配管内における生成ガス１７に同伴されたチャー等の付着・堆積を防ぐためである。

次に、クエンチャー５４に入った生成ガス１７は、噴霧水３２投入により３５０℃程度に冷却される。ここで、クエンチャー５４内に投入された噴霧水３２については、前記第１実施例の高水分燃料用ガス化炉を含むガス化システムにおいて示した生成ガス冷却部１８に投入した場合と異なり、その全量を蒸発させる必要がない。

クエンチャー５４内で蒸発しなかった噴霧水３２は、生成ガス１７に同伴されたチャー等とともにクエンチャー５４の下部に溜まり、クエンチャーからのチャーを含む高温水５５として回収する。

クエンチャーからのチャーを含む高温水５５の排水処理が必要である。このため、クエンチャーからのチャーを含む高温水５５の温度を、飽和温度に近い温度(例えば２００℃程度)で運用できれば、噴霧水３２とクエンチャーからのチャーを含む高温水５５の流量増加を抑えることができ、効率的な運転が可能となる。

クエンチャー下流の生成ガス５６の温度は、上述の通り３５０℃程度である。クエンチャー下流の生成ガス５６は、第１実施例のガス化炉１６と同様の運用方法で脱塵、ガス精製、ＣＯ_２回収される。

以上より、ガス化炉１６で発生した生成ガスの冷却に、生成ガス冷却部１８とクエンチャー５４を併用することで、生成ガス冷却部１８を、第１実施例のガス化炉１６より小型化でき、プラントの建設コストを低減できる。

また、噴霧水３２をクエンチャー５４に投入し、噴霧水３２の全量を蒸発させる必要がないため、噴霧水３２の液滴がガス化炉１６に落下することによる炉内温度低下も予防できる。

本実施例によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

図３に、本発明の第３実施例である高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムの系統図を示す。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムでは、図２に示した第２実施例のガス化炉に、更に高水分燃料１の乾燥で発生した水蒸気をガス化炉１６に投入し、ガス化炉１６の炉壁やバーナを保護する運用方法について説明する。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムにおけるガス化炉１６では、ガス化炉１６の下段に設置した下段バーナ４０より投入する高水分燃料１を乾燥させる乾燥装置２で発生した飛散燃料を含む水蒸気２７は、コンプレッサ２８で昇圧した後に、昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気２９として、生成ガス冷却部１８だけでなく、水蒸気ノズル６３を介してガス化炉１６にも投入する。

水蒸気ノズル６３から投入する昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気２９は、炉内温度に応じた流量調整が必要であるため、炉内投入水蒸気の流量調整弁６２を設置する。

水蒸気ノズル６３の設置場所は、炉壁の高温化による炉壁耐火材の溶損防止の観点から、上段バーナ３９高さからスラグタップ５９までが好適であり、バーナ本数や炉内温度分布に応じて複数個所設置しても構わない。

また、図示しないが、昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気２９を上下段バーナに供給しても良い。

上下段バーナへの供給方法としては、酸素１５と混合、酸素１５と燃料搬送管１０からの高水分燃料１の供給箇所の隙間、およびバーナの外周部などが好適である。

以上の構成により、高水分燃料の乾燥で発生した水蒸気を、ガス化炉内の高温箇所にも供給し、炉壁耐火材やバーナの損傷を防止するため、ガス化炉の信頼性を向上できる。

本実施例によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

図４に、本発明の第４実施例である高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムの系統図を示す。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムにおけるガス化炉では、第２実施例のガス化炉に前述した図２と異なる箇所、すなわち搬送ガスを予熱する熱源に、シフト反応後の生成ガスの顕熱を用いた場合について説明する。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムにおけるガス化炉１６では、ガス化炉１６の下流側に設置したシフト反応器３８において、前述の（２）式のシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２）が進行し、反応熱によりシフト反応後の生成ガス４１の温度は、３５０℃以上となる。

シフト反応後の生成ガス４１を、生成ガスの熱交換器３６を通過させても、その温度は２００℃以上と想定される。

ＣＯ_２吸収塔４２に投入するためには、シフト反応後の生成ガス４１の温度を４０℃程度まで下げる必要がある。

そこで、生成ガスの熱交換器３６を通過後のシフト反応後の生成ガス４１（２００℃以上）を、再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５に流通させ、ＣＯ_２再生塔４６で回収した再利用ＣＯ_２１０２を予熱する熱源とする。

以上の構成により、シフト反応器３８でのシフト反応で高温化した生成ガスの顕熱を、再利用するＣＯ_２を予熱する熱源として有効活用できる。プラント排熱利用によりエネルギー効率を向上し、燃料の搬送ガスである再利用ＣＯ_２を予熱することでガス化炉内の温度低下も防止できる。

本実施例によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

図５に、本発明の第５実施例である高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムの系統図を示す。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムでは、第２実施例に前述した図２と異なる箇所、すなわち搬送ガスを予熱する熱源に、水洗塔で発生する高温水、およびクエンチャーで発生するチャーを含む高温水の顕熱を用いた場合について説明する。

クエンチャー５４と水洗塔３３において、チャーを含む高温水５５と水洗塔３３からの高温水５７が、それぞれ２００℃程度で排出される。これら高温水５５、５７の顕熱は、従来は利用されず、これらの高温水は、冷却された後に、排水処理されていた。

しかし、本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムでは、これらの高温水を再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５に流通させ、これら高温水の顕熱で再利用ＣＯ_２１０２を予熱する。

本実施例の高水分燃料用のガス化炉を含むガス化システムでは、複数の再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５を用いる系統を示したが、１台の再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器１０５としても構わない。

以上の構成により、従来は利用されなかったプラント排熱を利用し、固体燃料を搬送するＣＯ_２を予熱することで、プラントのエネルギー効率を高め、かつガス化炉内の温度低下も防止できる。

本実施例によれば、ガス化炉に投入する高水分の固体燃料の乾燥動力が低減可能なガス化炉を備えたガス化システムが実現できる。

１：高水分燃料、２：乾燥装置、３：粉砕装置、４：ロックホッパ、５：フィードホッパ、６：移送弁、７：ロックホッパ均圧弁、８：フィードホッパ均圧弁、９：圧力調整弁、１０：燃料搬送管、１０a、１０b：燃料供給系統、１１：空気、１２：コンプレッサ、１３：空気分離器、１４：窒素、１５：酸素、１６：ガス化炉、１７：生成ガス、１８：生成ガス冷却部、１８ａ：水冷管、１８ｂ：冷却水系統、１９：脱塵装置、２０：チャー、２１：チャーロックホッパ、２２：チャーフィードホッパ、２３：チャー移送弁、２４：チャーロックホッパ均圧弁、２５：チャーフィードホッパ均圧弁、２６：チャー系圧力調整弁、２７：飛散燃料を含む水蒸気、２８：コンプレッサ、２９：昇圧後の飛散燃料を含む水蒸気、２９a：噴霧ノズル、３０：シフト反応用水蒸気、３１：スラグ、３２：噴霧水、３３：水洗塔、３４：ＣＯＳ転化器、３５：ＣＯＳ転化器下流の生成ガス、３６：生成ガスの熱交換器、３７：生成ガスの加熱器、３８：シフト反応器、３９：上段バーナ、４０：下段バーナ、４１：シフト反応後の生成ガス、４２：ＣＯ_２吸収塔、４３：ＣＯ_２吸収後の生成ガス、４４：ＣＯ_２吸収液の熱交換器、４５：ＣＯ_２吸収液の加熱器、４６：ＣＯ_２再生塔、４７：ＣＯ_２吸収したＣＯ_２吸収液、４８：再生加熱用のＣＯ_２吸収液、４９：ＣＯ_２吸収液の加熱器、５０：ＣＯ_２吸収液の再生加熱用蒸気、５１：再利用ＣＯ_２の流量調整弁、５２：ＣＯ_２コンプレッサ、５３：クエンチ部、５４：クエンチャー、５５：クエンチャーからのチャーを含む高温水、５６：クエンチャー下流の生成ガス、５７：水洗塔からの高温水、５８：クーラー、５９：スラグタップ、６０：チャー搬送管、６１：チャーバーナ、６２：炉内投入水蒸気の流量調整弁、６３：水蒸気ノズル、１０１：回収ＣＯ_２、１０２：再利用ＣＯ_２、１０３：貯留ＣＯ_２、１０４：圧縮ＣＯ_２、１０５：再利用ＣＯ_２加熱用の熱交換器。

Claims (12)

1. 固体燃料と酸素をガス化炉の高さ方向に複数段設置したバーナからガス化炉内に供給し、ガス化炉内で固体燃料中の可燃分をガス化した生成ガスを生成すると共に、固体燃料中の灰分を溶融して溶融スラグ化するガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記複数段設置したバーナにそれぞれ固体燃料を供給する複数の燃料供給系統を設置し、
   前記複数段設置したバーナのうち、下段のバーナに固体燃料を供給する燃料供給系統に、水分を含有した固体燃料である高水分燃料を乾燥する乾燥装置を備えた固体燃料の含有水分量を調整する手段を設けたことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
2. 請求項１に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記ガス化炉でガス化した前記生成ガスをガス化炉の上方より抜き出すように前記ガス化炉を構成すると共に、前記ガス化炉で溶融した溶融スラグをガス化炉の下方より抜き出すように前記ガス化炉を構成し、
   前記複数段設置したバーナのうち、前記下段のバーナに固体燃料を供給する前記燃料供給系統に前記固体燃料の含有水分量を調整する手段を設置したことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
3. 請求項１又は２に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記固体燃料の含有水分量を調整する手段は、水分を含有した固体燃料である高水分燃料を乾燥する前記乾燥装置と、前記乾燥装置で乾燥させた固体燃料を粉砕する粉砕装置と、前記粉砕装置で粉砕した固体燃料を貯留すると共に、この貯留した固体燃料を供給するホッパと、前記ホッパから前記下段のバーナに固体燃料を供給する燃料搬送管を備えて構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
4. 請求項３に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記固体燃料の水分含有量を調整する手段に備えられた乾燥装置で高水分燃料を乾燥させて発生した水蒸気を、前記複数段設置したバーナより上方のガス化炉内に供給して該ガス化炉で発生した生成ガスと混合させるように構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
5. 請求項３に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記固体燃料の水分含有量を調整する手段に備えられた乾燥装置で高水分燃料を乾燥させて発生した水蒸気を、前記ガス化炉の上部に設置した生成ガス冷却部に供給して該ガス化炉で発生した生成ガスと混合させるように構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
6. 請求項４又は請求項５に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記固体燃料の水分含有量を調整する手段に備えられた乾燥装置で高水分燃料を乾燥させて発生した水蒸気の一部を、前記ガス化炉の下流側に供給して該ガス化炉の下流側でも前記水蒸気を生成ガスと混合させるように構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
7. 請求項５に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記固体燃料の水分含有量を調整する手段に備えられた乾燥装置で高水分燃料を乾燥させて発生した水蒸気は、前記ガス化炉の上部の前記生成ガス冷却部に設置した噴霧ノズルから生成ガス冷却部内に供給するように構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記ガス化炉の上部の前記生成ガス冷却部の壁面部に冷却水を流通させる水冷管を配設し、
   前記水冷管に冷却水を供給する冷却水系統を配設し、
   前記冷却水系統を通じて前記ガス化炉の上部の生成ガス冷却部に設置した前記水冷管に冷却水を供給し、該ガス化炉で発生した生成ガスを前記生成ガス冷却部の水冷管によって冷却するように構成していることを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
9. 請求項１に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
   前記ガス化炉でガス化した前記生成ガスをガス化炉の上方より抜き出すように前記ガス化炉を構成すると共に、前記ガス化炉で溶融した溶融スラグをガス化炉の下方より抜き出すように前記ガス化炉を構成し、
   前記複数段設置したバーナのうち、前記下段のバーナに固体燃料を供給する前記燃料供給系統に前記固体燃料の含有水分量を調整する手段を設置し、
   前記ガス化炉の下流側に、生成ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収手段と、前記ＣＯ_２回収手段で回収したＣＯ_２を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱したＣＯ_２を圧縮する圧縮装置をそれぞれ設置して、前記圧縮装置で圧縮したＣＯ_２を搬送流体として用いて前記固体燃料をガス化炉に搬送する搬送手段を備えたことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
10. 請求項９に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
    ＣＯ_２を加熱する前記加熱手段の熱源に、前記ＣＯ_２回収手段で回収した生成ガス中のＣＯ_２を吸収させるＣＯ_２吸収液の再生加熱用蒸気を用いるように構成したことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
11. 請求項９に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
    ＣＯ_２を加熱する前記加熱手段の熱源に、前記ガス化炉の下流側にて該ガス化炉で生成した生成ガスをシフト反応させた後の生成ガスの一部を用いるように構成したことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。
12. 請求項９に記載のガス化炉を備えたガス化システムにおいて、
    ＣＯ_２の加熱手段における熱源に、クエンチャーおよび水洗塔で発生する高温水を用いるように構成したことを特徴とするガス化炉を備えたガス化システム。

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