JP6259990B2 - 循環流動層ガス化炉 - Google Patents
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Description
本発明は循環流動層ガス化炉に関するものである。
従来、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥等の炭化水素資源の固体燃料をガス化し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源等として利用することにより、有機資源の有効活用を図る技術が開発されている。
従来のガス化装置の１つとして、流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を備えた循環式の流動層ガス化システムが知られている（特許文献１）。この流動層ガス化システムは、流動層ガス化炉に炭化水素資源の固体燃料を供給し、砂等の流動媒体の熱を利用して水蒸気でガス化を行う。流動層ガス化炉で生成した未反応のチャー残渣と流動媒体は、流動層燃焼炉に導いてチャー残渣を燃焼させ、加熱された流動媒体は再び前記ガス化炉に戻すようにしたもので、外部循環方式と称される。特許文献１の流動層ガス化システムは、流動層ガス化炉のガス化ガスと流動層燃焼炉の燃焼排ガスを別々に取り出すことができるため、不活性ガスを含まない高カロリーのガス化ガスを製造できる利点がある。
一方、固体燃料をガス化する際の初期の段階では熱分解が主に行われて熱分解ガス（タールを含む炭化水素を主体とするガス）が生成され、熱分解によって生成したチャーがその後にガス化されることでガス化ガス（ガス化剤の種類等によりＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４等）が生成されることが知られており、又、前記熱分解時に生成するタールはチャーのガス化反応の促進に悪影響を及ぼすことが知られている。
このため、ガス化炉の内部を下部が連通した分割壁により２室に区画し、第一室に燃料を供給して熱分解を行い、第一室で生成したチャーを前記分割壁下部の流動媒体内を通して第二室に導くことにより第二室でチャーのガス化を行い、第二室においてガス化されなかったチャー残渣を流動層燃焼炉に供給するようにした循環式の流動層ガス化方法及び装置がある（特許文献２）。特許文献２の流動層ガス化装置では、燃料の熱分解とチャーのガス化を分けて行うことにより、タールがチャーのガス化反応の促進に悪影響を及ぼす問題を低減できる利点がある。
又、燃料の熱分解とチャーのガス化を切り離した別の装置で実施することにより、タールがチャーのガス化反応の促進に悪影響を及ぼす問題を解消し、且つ、熱分解時に発生するタールを回収してガス化することでガス化ガスの生成量を増加するようにした循環流動層ガス化炉構造がある（特許文献３）。
特許文献３の循環流動層ガス化炉構造は、熱分解部の上部にタール吸収部を備えた二段構造の流動層熱分解炉と、チャーガス化部の上部にコークガス化部を備えた二段構造の流動層ガス化炉とを備えている。前記熱分解部に導入した燃料は流動媒体の熱を利用してガス化剤により熱分解して熱分解ガスとチャーを生成し、熱分解により生成したチャーは流動媒体と共にチャーガス化部に供給されて流動媒体の熱を利用しガス化剤によりガス化してガス化ガスを生成する。チャーガス化部でガス化されなかったチャー残渣は流動媒体と共にチャー残渣燃焼炉に供給され、チャー残渣が燃焼することにより流動媒体が加熱され、加熱した流動媒体は前記熱分解部に供給される。
又、前記熱分解部で生成した熱分解ガスは、上部のタール吸収部に導入され、該タール吸収部に供給されたタール吸収剤によりタールが吸収され、タールが除去された熱分解ガスは外部に取り出される。タール吸収部でタールを吸収することによりコークを担持したタール吸収剤は、コークガス化部に導入されて、前記チャーガス化部からの高温のガス化ガス及びガス化剤によりコークがガス化され、生成したガス化ガスは前記チャーガス化部からのガス化ガスと共に外部に取り出される。コークガス化部内のコーク残渣は、活性が低下したタール吸収剤と共に吸収剤再生炉に供給され、コーク残渣が燃焼することによりタール吸収剤の加熱・再活性化が行われ、再生したタール吸収剤は、前記タール吸収部に供給される。
特許文献３の循環流動層ガス化炉構造では、流動層熱分解炉と流動層ガス化炉を独立して設けたことにより、タールがチャーのガス化反応の促進に悪影響を及ぼす問題を解消でき、且つ熱分解時に発生するタールを回収してガス化するため、ガス化ガスの取出量を増加できる利点がある。
特許文献１〜３に示すような循環流動層ガス化炉においては、流動層燃焼炉はチャー残渣を燃焼することによって流動媒体を加熱しており、流動層燃焼炉で加熱した流動媒体は燃焼排ガスと共にサイクロンからなる粒子分離器に導いて、燃焼排ガスと流動媒体とに分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉或いは流動層熱分解炉に供給している。又、特許文献３では、吸収剤再生炉でコーク残渣を燃焼することによって加熱・再活性化を行ったタール吸収剤は、燃焼排ガスと共にサイクロンからなる粒子分離器に導いて、燃焼排ガスとタール吸収剤とに分離し、分離したタール吸収剤はタール吸収部に供給している。
このように、循環流動層ガス化炉では、流動層燃焼炉とサイクロンからなる粒子分離器を必須の構成としているために、装置の構成が複雑になる問題があると共に、流動層燃焼炉から所要の流速をもって供給される燃焼排ガスと流動媒体の混合流体から流動媒体を分離するサイクロンは、常に高温の粒子と接触することにより摩耗する問題を有しており、そのためにサイクロンのメンテナンスの必要頻度が多くなり、メンテナンス費用が増加するという問題を有していた。
本発明者らは、上記課題に鑑みてなしたもので、従来必要としていたサイクロンの設置を省略することができる循環流動層ガス化炉を提供することを目的とするものである。
本発明は、流動層ガス化炉の前段に流動層熱分解炉が備えられ、
前記流動層熱分解炉は、熱分解部の上部にタール吸収部を備えた二段構造を有し、
前記流動層ガス化炉は、チャーガス化部の上部にコークガス化部を備えた二段構造を有し、
前記熱分解部に流動媒体を導入しガス化剤を供給することで形成した流動層に燃料を供給して熱分解を行うことにより熱分解ガスを生成すると共にチャーを生成し、熱分解により生成したチャー及び流動媒体は前記チャーガス化部に導入してガス化剤を供給することで形成した流動層によりチャーのガス化を行ってガス化ガスを生成すると共にチャー残渣を生成し、前記熱分解部で生成した熱分解ガスは前記タール吸収部に導入してタール吸収剤による流動層を形成することでタール吸収剤により熱分解ガスのタールを吸収し、タールの吸収によりコークが担持されたタール吸収剤は前記コークガス化部に供給して前記チャーガス化部からのガス化剤により流動層を形成することでコークのガス化によりガス化ガスを生成すると共にコーク残渣を生成するよう構成した循環流動層ガス化炉であって、
前記熱分解部の流動層よりも上部に配置した流動層粒子加熱炉と、前記チャーガス化部から取り出されるチャー残渣及び流動媒体を搬送ガスにより前記流動層粒子加熱炉に導くライザー装置と、前記流動層粒子加熱炉でのチャー残渣の燃焼により加熱されてオーバーフローした流動媒体を前記熱分解部に落下供給する粒子供給路と、
前記タール吸収部の流動層よりも上部に配置した別の流動層粒子加熱炉と、前記コークガス化部から取り出されるコーク残渣が担持されたタール吸収剤を搬送ガスにより前記別の流動層粒子加熱炉に導く別のライザー装置と、前記別の流動層粒子加熱炉でのコーク残渣の燃焼により加熱・再活性化されてオーバーフローしたタール吸収剤を前記タール吸収部に落下供給する別の粒子供給路とを備え、
前記流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記ライザー装置からのチャー残渣及び流動媒体を前記第一室の流動層に供給するよう形成したライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えて流動媒体を前記粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記別の流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記別のライザー装置からのコーク残渣が担持されたタール吸収剤を前記第一室の流動層に供給するよう形成した別のライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えてタール吸収剤を別の粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはチャー及び流動媒体の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設け、
前記別の流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはコーク残渣が担持されたタール吸収剤の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設けた
ことを特徴とする循環流動層ガス化炉、に係るものである。
前記流動層熱分解炉は、熱分解部の上部にタール吸収部を備えた二段構造を有し、
前記流動層ガス化炉は、チャーガス化部の上部にコークガス化部を備えた二段構造を有し、
前記熱分解部に流動媒体を導入しガス化剤を供給することで形成した流動層に燃料を供給して熱分解を行うことにより熱分解ガスを生成すると共にチャーを生成し、熱分解により生成したチャー及び流動媒体は前記チャーガス化部に導入してガス化剤を供給することで形成した流動層によりチャーのガス化を行ってガス化ガスを生成すると共にチャー残渣を生成し、前記熱分解部で生成した熱分解ガスは前記タール吸収部に導入してタール吸収剤による流動層を形成することでタール吸収剤により熱分解ガスのタールを吸収し、タールの吸収によりコークが担持されたタール吸収剤は前記コークガス化部に供給して前記チャーガス化部からのガス化剤により流動層を形成することでコークのガス化によりガス化ガスを生成すると共にコーク残渣を生成するよう構成した循環流動層ガス化炉であって、
前記熱分解部の流動層よりも上部に配置した流動層粒子加熱炉と、前記チャーガス化部から取り出されるチャー残渣及び流動媒体を搬送ガスにより前記流動層粒子加熱炉に導くライザー装置と、前記流動層粒子加熱炉でのチャー残渣の燃焼により加熱されてオーバーフローした流動媒体を前記熱分解部に落下供給する粒子供給路と、
前記タール吸収部の流動層よりも上部に配置した別の流動層粒子加熱炉と、前記コークガス化部から取り出されるコーク残渣が担持されたタール吸収剤を搬送ガスにより前記別の流動層粒子加熱炉に導く別のライザー装置と、前記別の流動層粒子加熱炉でのコーク残渣の燃焼により加熱・再活性化されてオーバーフローしたタール吸収剤を前記タール吸収部に落下供給する別の粒子供給路とを備え、
前記流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記ライザー装置からのチャー残渣及び流動媒体を前記第一室の流動層に供給するよう形成したライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えて流動媒体を前記粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記別の流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記別のライザー装置からのコーク残渣が担持されたタール吸収剤を前記第一室の流動層に供給するよう形成した別のライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えてタール吸収剤を別の粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはチャー及び流動媒体の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設け、
前記別の流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはコーク残渣が担持されたタール吸収剤の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設けた
ことを特徴とする循環流動層ガス化炉、に係るものである。
又、上記循環流動層ガス化炉において、前記粒子供給路は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管を有することが好ましい。
又、上記循環流動層ガス化炉において、前記別の粒子供給路は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管を有することが好ましい。
又、上記循環流動層ガス化炉において、前記粒子供給路の下端、別の粒子供給路の下端、チャーガス化部からチャー残渣及び流動媒体を取り出す取出部、コークガス化部からコーク残渣が担持されたタール吸収剤を取り出す取出部、熱分解部からチャーガス化部にチャー及び流動媒体を導入する導入部、及び、タール吸収部からコークガス化部にコークを担持したタール吸収剤を導入する導入部の夫々にはシール手段を有することが好ましい。
又、上記循環流動層ガス化炉において、前記流動層粒子加熱炉と前記別の流動層粒子加熱炉は一体に構成されていることが好ましい。
本発明の循環流動層ガス化炉によれば、従来必要としていたサイクロンの設置を省略することができ、よって、装置の簡略化が図れると共に、サイクロンのメンテナンス作業を無くして、運転コストを大幅に低減できるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施例を図示例と共に説明する。
図１、図２は本発明の循環流動層ガス化炉の参考例の概略を示すもので、図中、１は流動層ガス化炉であり、流動層ガス化炉１内には流動媒体２が装入されており散気装置３を介して下部から水蒸気、Ｏ<SUB>２</SUB>等のガス化剤４を供給することにより流動層５を形成している。そして、この流動層５上に、例えば石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥等の炭化水素資源からなる燃料６を供給することによりガス化を行い、生成したガス化ガス７は上部の取出口８から取り出すようにしている。このガス化ガス７は、熱分解ガスも含んだものとなっている。
前記流動層ガス化炉１での燃料６のガス化によって生成したチャー６ａは流動媒体２と共にオーバーフローによる取出部１０に設けたＬ字バルブ、ループシール等のシール手段１１により外部に取り出すようにしている。
前記流動層ガス化炉１外部の前記流動層５よりも上部の所要位置には、流動層粒子加熱炉１２が配置してあり、前記シール手段１１は上下に延びるライザー装置１４の下端に接続されており、シール手段１１からのチャー６ａ及び流動媒体２は、ライザー装置１４の下端に供給される水蒸気、或いは空気等の搬送ガス１３によってライザー装置１４内を吹上げられて前記流動層粒子加熱炉１２の内側下部に備えた散気装置１５上に供給される。
前記流動層粒子加熱炉１２の散気装置１５の下部には空気１６（酸化剤）が供給されて流動層１７を形成するようになっており、且つ、流動層粒子加熱炉１２の内部には、図２（ｂ）に示すように、上下に延びて流動層粒子加熱炉１２の内部を第一室１２ａと第二室１２ｂとに区画する区画壁１８が設けてあり、該区画壁１８の下端と前記散気装置１５との間には、流動層１７の内部で第一室１２ａと第二室１２ｂを連通する連通部１９が形成されている。
そして、前記ライザー装置１４の上端は、前記第一室１２ａの流動層１７内における前記連通部１９よりも高い位置で開口１４ａを有しており、又、前記第二室１２ｂの前記連通部１９よりも高い所要の位置には外部に開口するオーバーフロー口２０が形成されている。前記第一室１２ａの流動層１７内部における前記ライザー装置１４の開口１４ａの上部には、チャー６ａ及び流動媒体２が吹き上がるのを防止するための中央が上方に突出するように湾曲した吹上げ防止板２１を設けている。前記流動層粒子加熱炉１２では、空気１６（酸化剤）の供給によりチャー６ａを流動燃焼させることで流動媒体２を加熱しており、燃焼排ガス２２は上部の取出口２３から排出される。
前記流動層粒子加熱炉１２の第二室１２ｂに設けたオーバーフロー口２０には、オーバーフローする流動媒体２を取り出すための下り勾配を有する粒子供給路２４の上端が接続されており、該粒子供給路２４の下端はＬ字バルブ、ループシール等のシール手段２５を介して前記流動層ガス化炉１の流動層５に接続している。２６は前記シール手段２５の流動媒体２を安定して前記流動層ガス化炉１に送り込むための水蒸気等の送給ガスである。又、前記粒子供給路２４は、前記流動層ガス化炉１を貫通して下端が流動層５に挿入されるように設けることで、前記流動層ガス化炉１内のガス化ガス７が粒子供給路２４に逆流するのを防止してもよい。
前記粒子供給路２４は、流動媒体２の粒子が内部に堆積しない下り勾配を有する傾斜管２４ａとしている。
又、前記流動層粒子加熱炉１２は、流動層ガス化炉１のチャー残渣６ａ及び流動媒体２の取出部１０側である前側（図１、図２（ａ）の左側）に設けられており、一方、前記粒子供給路２４の下端は、前記流動層ガス化炉１の流動層粒子加熱炉１２とは反対の後側（図１、図２（ａ）の右側）に接続されているため、前記流動層粒子加熱炉１２はオーバーフロー口２０が側方（図２（ａ）の下側）を向くように配置されている。従って、前記粒子供給路２４は前記流動層ガス化炉１の側方（図２（ａ）の下側）を迂回して後測の前記シール手段２５に接続される長さを短くできるようにしており、更に、前記シール手段２５から流動層ガス化炉１に供給された流動媒体２が反対側の取出部１０に向かってゆっくり流動されるように工夫されている。しかし、前記流動層粒子加熱炉１２の設置方向、前記粒子供給路２４の形状は任意に選定することができる。
図１、図２の参考例では、流動層ガス化炉１及び流動層粒子加熱炉１２が図（ａ）に示す平面形状が矩形の角柱形状を有している場合について例示したが、前記流動層ガス化炉１及び流動層粒子加熱炉１２は円筒形或いは多角形等の任意の形状とすることができる。
次に、図１、図２の流動層ガス化反応炉の作動を説明する。
流動層ガス化炉１では、水蒸気、Ｏ２等のガス化剤４が供給されることにより流動媒体２による流動層５が形成されており、この流動層５に燃料６を供給すると、燃料６は流動しながらガス化され、ガス化により生成したガス化ガス７は取出口８から取り出される。一方、ガス化されないチャー６ａは流動媒体２と共に取出部１０からシール手段１１を介して外部に取り出され、水蒸気、空気等の搬送ガス１３が供給されるライザー装置１４により上方へ搬送されて前記流動層粒子加熱炉１２の第一室１２ａの流動層１７内に供給される。このとき、第一室１２ａには吹上げ防止板２１を設けているので、チャー６ａ及び流動媒体２が吹き上がるのを防止して流動層１７を安定して形成することができる。
前記流動層粒子加熱炉１２内では、空気１６（酸化剤）の供給によりチャー６ａが流動燃焼することにより流動媒体２の加熱が行われており、加熱された流動媒体２は、区画壁１８の下端の連通部１９を通して第二室１２ｂへ移動し、第二室１２ｂの流動媒体２はオーバーフロー口２０から粒子供給路２４内に落下してシール手段２５に供給され、送給ガス２６の供給により流動層ガス化炉１の流動層５に供給される。
従って、図１、図２に示した循環流動層ガス化炉の参考例によれば、従来必要としていたサイクロンの設置を省略して流動媒体２を安定して循環供給することができ、よって、装置の構成を大幅に簡略化することができる。更に、サイクロンのメンテナンス作業を無くすことができるため、運転コストを大幅に低減することができる。
前記流動層粒子加熱炉１２では、チャー６ａの流動燃焼により流動媒体２を加熱しており、このとき、流動層粒子加熱炉１２の内部において加熱した流動媒体２と燃焼排ガス２２との分離が行われ、分離された流動媒体２はオーバーフロー口２０から安定して取り出すことができる。
又、前記粒子供給路２４は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管２４ａとしているので、前記流動層粒子加熱炉１２からの流動媒体２を停滞させることなく流動層ガス化炉１の流動層５に容易且つ確実に供給することができる。
又、前記粒子供給路２４の下端にシール手段２５を有し、流動層ガス化炉１からチャー６ａ及び流動媒体２を取り出す取出部１０にシール手段１１を有しているので、流動層ガス化炉１を安定して運転することができる。
又、前記ライザー装置１４に供給する搬送ガス１３の供給量を調節することにより、流動媒体２の循環量を調節して、流動層ガス化炉１の温度を調節することができる。
図３、図４は本発明の循環流動層ガス化炉の実施例の概略を示すもので、この実施例では、流動層ガス化炉２７の前段に流動層熱分解炉２８を備えた構成を有している。
前段の流動層熱分解炉２８は、熱分解部２９の上部にタール吸収部３０を備えた二段構造を有しており、又、後段の流動層ガス化炉２７は、チャーガス化部３１の上部にコークガス化部３２を備えた二段構造を有している。
前段の流動層熱分解炉２８の熱分解部２９には、流動媒体２が導入されており、前記ガス化剤４を供給することにより流動層５を形成している。該流動層５に燃料６を供給すると、燃料６は熱分解されて熱分解ガス３３を生成し、又、熱分解によって生成したチャー６ａは流動媒体２と共にオーバーフローによる導入部３４に設けた例えばＬ字バルブ、ループシール等のシール手段３５を介して送給ガス２６により後段の流動層ガス化炉２７のチャーガス化部３１に導入される。
前記チャー６ａと流動媒体２が供給されたチャーガス化部３１では、下部の散気装置３１'から供給されるガス化剤４によって形成される流動層９によりチャー６ａのガス化を行ってガス化ガス３６を生成し、ガス化されないチャー残渣６'は流動媒体２と共に取出部１０から前記シール手段１１を介して外部に取り出される。
前記熱分解部２９での燃料６の熱分解により生成した熱分解ガス３３は、タール吸収剤３７が装入された前記タール吸収部３０の散気装置３０'の下部から導入されて流動層３８を形成し、熱分解ガス３３のタールはタール吸収剤３７により吸収される。タールが除去された熱分解ガス３９は取出口４０から取り出される。ここで、前記タール吸収剤３７としては、タールを効率良く吸収することができる多孔質アルミナ等の多孔質粒子を用いることができる。
前記タールを吸収することでコークが担持されたタール吸収剤３７ａは、オーバーフローによる導入部４１に設けた例えばＬ字バルブ、ループシール等のシール手段４２を介して送給ガス２６の供給により前記流動層ガス化炉２７におけるコークガス化部３２の散気装置３２'上に供給される。コークガス化部３２では散気装置３２'を介して下部のチャーガス化部３１からガス化剤４及びガス化ガス３６が導入されて流動層４３を形成しているので、流動層４３に供給されたコークが担持されたタール吸収剤３７ａはコークがガス化されてガス化ガス３６'を生成する。前記チャーによるガス化ガス３６とコークによるガス化ガス３６'は、取出部４７から取り出される。コークガス化部３２でガス化されないコーク残渣が担持されたタール吸収剤３７'は、取出部４４から例えばＬ字バルブ、ループシール等のシール手段４５を介して外部に取り出される。
前記タール吸収部３０から取り出される熱分解ガス３９と、コークガス化部３２から取り出されるガス化ガス３６，３６'は別々の目的場所に供給することができ、又、破線で示すように、熱分解ガス３９とガス化ガス３６，３６'を混合して目的場所に供給することもできる。尚、前記熱分解ガス３９及びガス化ガス３６，３６'は、熱交換器に導いて熱回収することにより熱を有効利用することもできる。
前記流動層熱分解炉２８の熱分解部２９の外部における流動層５よりも上部の所要位置には、図１の流動層粒子加熱炉１２と同一の構成を有する流動層粒子加熱炉４６ａが配置してあり、前記チャーガス化部３１から取出部１０及びシール手段１１を介して取り出されたチャー残渣６'及び流動媒体２は、ライザー装置１４の下端に供給する搬送ガス１３によってライザー装置１４内を吹上げられて前記流動層粒子加熱炉４６ａに供給される。前記流動層粒子加熱炉４６ａでは、空気１６（酸化剤）の供給によりチャー残渣６'を流動燃焼することで流動媒体２を加熱しており、燃焼による燃焼排ガス２２は上部の取出口２３から排出される。更に、前記流動層粒子加熱炉４６ａで加熱された流動媒体２は、オーバーフロー口２０から下り勾配を有する粒子供給路２４に流入して落下し、粒子供給路２４の下端に備えたシール手段２５を介して前記熱分解部２９の流動層５に供給される。前記粒子供給路２４は、流動媒体２の粒子が内部に堆積しない下り勾配を有する傾斜管２４ａとしている。
一方、前記流動層熱分解炉２８のタール吸収部３０の外部における流動層３８よりも上部の所要位置には、図１の流動層粒子加熱炉１２と同一の構成を有する別の流動層粒子加熱炉４６ｂが配置してあり、前記コークガス化部３２から取出部４４及びシール手段４５を介して取り出されたコーク残渣を担持したタール吸収剤３７'は、別のライザー装置１４'の下端に供給する搬送ガス１３によりライザー装置１４'内を吹上げられて前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂに供給される。前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂでは、空気１６（酸化剤）の供給によりコーク残渣を流動燃焼することによりタール吸収剤３７'の加熱・再活性化を行っており、燃焼による燃焼排ガス２２は前記取出口２３から排出される。更に、前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂ内で加熱・再活性化されたタール吸収剤３７は、オーバーフロー口２０から下り勾配を有する別の粒子供給路２４'に流入して落下し、粒子供給路２４'の下端に備えた例えばＬ字バルブ、ループシール等のシール手段２５'を介して前記タール吸収部３０の流動層３８に供給される。前記別の粒子供給路２４'は、タール吸収剤３７の粒子が内部に堆積しない下り勾配を有する傾斜管２４ａとしている。
尚、図３、図４の実施例においては、前記流動層粒子加熱炉４６ａと前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂが一体に構成された場合を示している。尚、前記流動層粒子加熱炉４６ａと前記流動層粒子加熱炉４６ｂは別個に設けてもよい。
又、前記流動層粒子加熱炉４６ａ，４６ｂはオーバーフロー口２０，２０が側方（図４の下側）を向くように配置され、該オーバーフロー口２０，２０に接続した前記粒子供給路２４，２４'は、前記熱分解部２９及び前記タール吸収部３０の反導入部３４，４１側に接続する場合を示しているが、前記粒子供給路２４，２４'の接続位置、前記流動層粒子加熱炉４６ａ，４６ｂの設置方向等は任意に選定することができる。
図３、図４の実施例では、流動層ガス化炉２７、流動層熱分解炉２８、及び、流動層粒子加熱炉４６ａ，４６ｂは図４に示す平面形状が矩形の角柱形状を有した場合について例示したが、前記流動層ガス化炉２７、流動層熱分解炉２８、及び、流動層粒子加熱炉４６ａ，４６ｂは円筒形或いは多角形等の任意の形状とすることができる。
次に、図３、図４の循環流動層ガス化炉の作動を説明する。
流動層熱分解炉２８の熱分解部２９に燃料６を供給すると、燃料６は流動層５の流動媒体２により加熱されて熱分解されることにより熱分解ガス３３を生成し、熱分解されないチャー６ａは流動媒体２と共に流動層ガス化炉２７のチャーガス化部３１に供給される。チャーガス化部３１では、流動層９によりチャー６ａのガス化が行われ、ガス化ガス３６を生成すると共にガス化されないチャー残渣６'を生成する。ガス化されないチャー残渣６'は流動媒体２と共に取出部１０からシール手段１１を介して外部に取り出される。
チャーガス化部３１から取り出されたチャー残渣６'と流動媒体２は、搬送ガス１３が供給されたライザー装置１４によって前記流動層粒子加熱炉４６ａに供給され、空気１６の供給によりチャー残渣６'が流動燃焼することにより流動媒体２は加熱される。燃焼による燃焼排ガス２２は取出口２３から排出される。前記流動層粒子加熱炉４６ａで加熱された流動媒体２は、オーバーフロー口２０から粒子供給路２４内に落下してシール手段２５に導かれ、シール手段２５に供給される送給ガス２６により流動層熱分解炉２８の熱分解部２９に再び供給される。
又、前記熱分解部２９において燃料６の熱分解により生成した熱分解ガス３３は、上部のタール吸収部３０に導入されてタール吸収剤３７による流動層３８を形成し、熱分解ガス３３のタールは流動層３８のタール吸収剤３７により吸収される。タールが除去された熱分解ガス３９は取出口４０から取り出される。
前記タールを吸収することでコークが担持されたタール吸収剤３７ａは、導入部４１及びシール手段４２を介してコークガス化部３２に供給され、前記チャーガス化部３１から導入されるガス化剤４とガス化ガス３６により形成された流動層４３によりコークのガス化が行われてガス化ガス３６'を生成する。前記チャーによるガス化ガス３６とコークによるガス化ガス３６'は、取出部４７から取り出される。コークガス化部３２でガス化されないコーク残渣が担持されたタール吸収剤３７'は、取出部４４からシール手段４５を介して外部に取り出される。
コークガス化部３２から取り出されたコーク残渣を担持したタール吸収剤３７'は、搬送ガス１３が供給される別のライザー装置１４'により別の流動層粒子加熱炉４６ａに供給され、空気１６の供給によりコーク残渣が流動燃焼することによりタール吸収剤３７'の加熱・再活性化が行われる。燃焼による燃焼排ガス２２は取出口２３から排出される。前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂで加熱・再活性化されたタール吸収剤３７は、オーバーフロー口２０から別の粒子供給路２４'に落下してシール手段２５'に導かれ、シール手段２５'に供給される送給ガス２６により流動層熱分解炉２８のタール吸収部３０に再び供給される。
上記したように、図３、図４の実施例では、流動媒体２とタール吸収剤３７は、ライザー装置１４，１４'、流動層粒子加熱炉４６ａ，４６ｂ、粒子供給路２４，２４'を介して独立して循環することができる。
従って、図３、図４に示した循環流動層ガス化炉の実施例によれば、従来必要としていたサイクロンの設置を省略して流動媒体２及びタール吸収剤３７を循環させることができ、よって、装置の構成を大幅に簡略化することができる。更に、サイクロンのメンテナンス作業を無くすことができるため、運転コストを大幅に低減することができる。
更に、前記流動層粒子加熱炉４６ａでは、チャー残渣６'の流動燃焼により流動媒体２を加熱しており、このとき、流動層粒子加熱炉４６ａの内部において加熱した流動媒体２と燃焼排ガス２２との分離が行われ、分離された流動媒体２はオーバーフロー口２０から安定して取り出すことができる。
又、前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂでは、コーク残渣の流動燃焼によりタール吸収剤３７の加熱・再活性化が行われ、このとき、流動層粒子加熱炉４６ｂの内部において加熱・再活性化したタール吸収剤３７と燃焼排ガス２２との分離が行われ、分離されたタール吸収剤３７はオーバーフロー口２０から安定して取り出すことができる。
又、前記粒子供給路２４は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管２４ａを有しているので、前記流動層粒子加熱炉４６ａからの流動媒体２を流動層熱分解炉２８の熱分解部２９に容易且つ確実に供給することができる。
又、前記別の前記粒子供給路２４'は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管２４ａを有しているので、前記流動層粒子加熱炉４６ｂからのタール吸収剤３７を流動層熱分解炉２８のタール吸収部３０に容易且つ確実に供給することができる。
又、前記粒子供給路２４の下端はシール手段２５を介して熱分解部２９に接続され、別の粒子供給路２４'の下端はシール手段２５'を介してタール吸収部３０に接続され、チャーガス化部３１からチャー残渣６'及び流動媒体２を取り出す取出部１０にはシール手段１１を備え、コークガス化部３２からコーク残渣を担持したタール吸収剤３７'を取り出す取出部４４にはシール手段４５を備え、熱分解部２９からチャーガス化部３１にチャー６ａ及び流動媒体２を導入する導入部３４にはシール手段３５を備え、タール吸収部３０からコークガス化部３２にコークを担持したタール吸収剤３７ａを導入する導入部４１にはシール手段４２を備えているので、流動層熱分解炉２８での原料６の熱分解と熱分解ガス３３からのタールの吸収、並びに、流動層ガス化炉２７でのチャー６ａのガス化とコークのガス化の一連の作業を安定して行うことができる。
又、前記ライザー装置１４に供給する搬送ガス１３の供給量を調節することにより、流動媒体２の循環量を調節して、熱分解部２９の温度を調節することができ、又、前記別のライザー装置１４'に供給する搬送ガス１３の供給量を調節することにより、タール吸収剤３７の循環量を調節して、タール吸収部３０の温度を調節することができる。
又、前記流動層粒子加熱炉４６ａと前記別の流動層粒子加熱炉４６ｂを一体に構成することにより、装置を簡略化できると共に、燃焼時の熱の放散を抑制することができる。
尚、本発明の循環流動層ガス化炉は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 流動層ガス化炉
２ 流動媒体
４ ガス化剤
５ 流動層
６ 燃料
６' チャー残渣
６ａ チャー
７ ガス化ガス
９ 流動層
１０ 取出部
１１ シール手段
１２ 流動層粒子加熱炉
１２ａ 第一室
１２ｂ 第二室
１３ 搬送ガス
１４ ライザー装置
１４' ライザー装置
１６ 空気（酸化剤）
１７ 流動層
１８ 区画壁
１９ 連通部
２０ オーバーフロー口
２１ 吹上げ防止板
２４ 粒子供給路
２４' 粒子供給路
２４ａ 傾斜管
２５ シール手段
２５' シール手段
２７ 流動層ガス化炉
２８ 流動層熱分解炉
２９ 熱分解部
３０ タール吸収部
３１ チャーガス化部
３２ コークガス化部
３３ 熱分解ガス
３４ 導入部
３５ シール手段
３６ ガス化ガス
３６' ガス化ガス
３７ タール吸収剤
３７' コーク残渣を担持したタール吸収剤
３７ａ コークを担持したタール吸収剤
３８ 流動層
３９ 熱分解ガス
４１ 導入部
４２ シール手段
４３ 流動層
４４ 取出部
４５ シール手段
３６ ガス化ガス
３６' ガス化ガス
２ 流動媒体
４ ガス化剤
５ 流動層
６ 燃料
６' チャー残渣
６ａ チャー
７ ガス化ガス
９ 流動層
１０ 取出部
１１ シール手段
１２ 流動層粒子加熱炉
１２ａ 第一室
１２ｂ 第二室
１３ 搬送ガス
１４ ライザー装置
１４' ライザー装置
１６ 空気（酸化剤）
１７ 流動層
１８ 区画壁
１９ 連通部
２０ オーバーフロー口
２１ 吹上げ防止板
２４ 粒子供給路
２４' 粒子供給路
２４ａ 傾斜管
２５ シール手段
２５' シール手段
２７ 流動層ガス化炉
２８ 流動層熱分解炉
２９ 熱分解部
３０ タール吸収部
３１ チャーガス化部
３２ コークガス化部
３３ 熱分解ガス
３４ 導入部
３５ シール手段
３６ ガス化ガス
３６' ガス化ガス
３７ タール吸収剤
３７' コーク残渣を担持したタール吸収剤
３７ａ コークを担持したタール吸収剤
３８ 流動層
３９ 熱分解ガス
４１ 導入部
４２ シール手段
４３ 流動層
４４ 取出部
４５ シール手段
３６ ガス化ガス
３６' ガス化ガス
Claims (5)
- 流動層ガス化炉の前段に流動層熱分解炉が備えられ、
前記流動層熱分解炉は、熱分解部の上部にタール吸収部を備えた二段構造を有し、
前記流動層ガス化炉は、チャーガス化部の上部にコークガス化部を備えた二段構造を有し、
前記熱分解部に流動媒体を導入しガス化剤を供給することで形成した流動層に燃料を供給して熱分解を行うことにより熱分解ガスを生成すると共にチャーを生成し、熱分解により生成したチャー及び流動媒体は前記チャーガス化部に導入してガス化剤を供給することで形成した流動層によりチャーのガス化を行ってガス化ガスを生成すると共にチャー残渣を生成し、前記熱分解部で生成した熱分解ガスは前記タール吸収部に導入してタール吸収剤による流動層を形成することでタール吸収剤により熱分解ガスのタールを吸収し、タールの吸収によりコークが担持されたタール吸収剤は前記コークガス化部に供給して前記チャーガス化部からのガス化剤により流動層を形成することでコークのガス化によりガス化ガスを生成すると共にコーク残渣を生成するよう構成した循環流動層ガス化炉であって、
前記熱分解部の流動層よりも上部に配置した流動層粒子加熱炉と、前記チャーガス化部から取り出されるチャー残渣及び流動媒体を搬送ガスにより前記流動層粒子加熱炉に導くライザー装置と、前記流動層粒子加熱炉でのチャー残渣の燃焼により加熱されてオーバーフローした流動媒体を前記熱分解部に落下供給する粒子供給路と、
前記タール吸収部の流動層よりも上部に配置した別の流動層粒子加熱炉と、前記コークガス化部から取り出されるコーク残渣が担持されたタール吸収剤を搬送ガスにより前記別の流動層粒子加熱炉に導く別のライザー装置と、前記別の流動層粒子加熱炉でのコーク残渣の燃焼により加熱・再活性化されてオーバーフローしたタール吸収剤を前記タール吸収部に落下供給する別の粒子供給路とを備え、
前記流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記ライザー装置からのチャー残渣及び流動媒体を前記第一室の流動層に供給するよう形成したライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えて流動媒体を前記粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記別の流動層粒子加熱炉は、下部から酸化剤が供給される散気装置の上部に、該散気装置との間に連通部を有して流動層の内部を上方に延びることにより第一室と第二室を形成する区画壁と、前記別のライザー装置からのコーク残渣が担持されたタール吸収剤を前記第一室の流動層に供給するよう形成した別のライザー装置上端の開口と、前記第二室の前記連通部よりも上部に備えてタール吸収剤を別の粒子供給路に落下させるオーバーフロー口を有し、
前記流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはチャー及び流動媒体の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設け、
前記別の流動層粒子加熱炉の内部における前記ライザー装置の開口の上部にはコーク残渣が担持されたタール吸収剤の吹きあがりを防止する吹上げ防止板を設けた
ことを特徴とする循環流動層ガス化炉。 - 前記粒子供給路は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管を有する請求項１に記載の循環流動層ガス化炉。
- 前記別の粒子供給路は、粒子が内部に堆積しない下り勾配の傾斜管を有する請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化炉。
- 前記粒子供給路の下端、別の粒子供給路の下端、チャーガス化部からチャー残渣及び流動媒体を取り出す取出部、コークガス化部からコーク残渣が担持されたタール吸収剤を取り出す取出部、熱分解部からチャーガス化部にチャー及び流動媒体を導入する導入部、及び、タール吸収部からコークガス化部にコークを担持したタール吸収剤を導入する導入部の夫々にはシール手段を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化炉。
- 前記流動層粒子加熱炉と前記別の流動層粒子加熱炉は一体に構成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化炉。
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