JP6288701B2

JP6288701B2 - タール処理装置

Info

Publication number: JP6288701B2
Application number: JP2014030844A
Authority: JP
Inventors: 村上　高広; 高広村上; 肇安田; 誠高藤
Original assignee: IHI Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: IHI Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP2015155505A

Description

本発明は、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスからタールを除去するタール処理装置に関する。

近年、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥等の炭化水素資源のガス化原料を用いてガス化し、生成したガスを可燃ガスとして供給する流動層ガス化装置の開発が進められている。例えば、流動層ガス化装置は、砂等の加熱した流動媒体粒子によってガス化原料を７００℃〜９００℃で加熱しつつガス化剤として水蒸気を供給することによって流動層を形成し、この流動層の熱によってガス化原料をガス化してガス化ガスを製造している。

この流動層ガス化装置は、酸素や空気を用いて１３００℃以上の高温で部分酸化する噴流床ガス化の方法よりも、コストを低減できる。しかし、生成されたガス化ガスには、噴流床ガス化の方法よりもタールが多く含まれる傾向にある。したがって、このようなタールを多く含むガス化ガスを利用装置に用いた際に、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、システム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。

そのため、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスは、下流にタール改質炉を設けてタールを除去していた。ここで、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスは、下流のタール改質炉に導かれた際に改質に必要な温度よりも低い温度である。このため、タール改質炉には、流動層ガス化装置で生成されたガス化ガスを供給するとともに、酸素又は空気を供給して、生成したガス化ガスの一部を燃焼させることで改質に必要な温度まで昇温させていた（特許文献１）。

特開２００４−１８２９０３号公報

しかしながら、生成ガスの一部を燃焼させて改質に必要な温度まで昇温させると、せっかく生成したガス化ガスが減少することになりガス化効率を低下させていた。

そこで、本発明は、生成したガス化ガスを減少させることなくガス化ガスからタールを除去するタール処理装置を提供することを目的とする。

本発明のタール処理装置は、タールを吸収するタール吸収粒子をガス化ガスと接触させる粒子層を内部に形成し、ガス化ガスに粒子層を通過させてガス化ガスのタールを吸収させるタール処理塔と、前記タール処理塔でタールを吸収したタール吸収粒子が導かれ、タールを燃焼させてタール吸収粒子を再生させて、排ガスとともに排出する再生炉と、前記再生炉によって再生されたタール吸収粒子を排ガスから分離させて前記タール処理塔へ導く粒子分離器と、を備え、前記タール処理塔は、前記粒子分離器からのタール吸収粒子を溜める受け皿と、前記受け皿の上方に配置され、前記受け皿とでタール吸収粒子流路を形成する流路構成部材と、を備え、前記粒子層は、タール吸収粒子が前記タール吸収粒子流路を満たすことによって形成されることを特徴としている。

ガス化ガスは、前記受け皿から溢れて流れ落ちるタール吸収粒子を横切って接触させることができる。

本発明のタール処理装置によれば、生成したガス化ガスを減少させることなく、むしろ増加させる効果もあり、ガス化ガスからタールを除去できる。

参考例１に係るタール処理装置を二塔式ガス化炉に適用した様子を示した概略構成図である。参考例２に係るタール処理装置のタール処理塔を示した図である。実施例に係るタール処理装置のタール処理塔を示した図である。実施例に係るタール処理装置のタール処理塔の変形例を示した図である。

（参考例１）
以下、本発明の参考例１を、図１を参照しながら説明する。図１は、参考例１に係るタール処理装置を二塔式ガス化炉に適用した様子を示した概略構成図である。二塔式ガス化炉は、流動層燃焼炉１と、サイクロン２と、流動層ガス化炉３と、を備えている。そして、流動層ガス化炉３の下流側には、本発明のタール処理装置４が配されている。

流動層燃焼炉１には、流動層ガス化炉３からオーバーフロー管５を介して流動媒体粒子６とチャー７が投入される。流動層燃焼炉１は、下部から空気８が供給されており、チャー７の燃焼によって流動媒体粒子６を加熱し、上部から排ガス１０とともに流動媒体粒子６を排出する。ここで、流動媒体粒子６には、例えば、砂、硅砂、石灰、アルミナ等が用いられる。この流動媒体粒子６を含んだ排ガス１０は、排ガス管１１を通ってサイクロン２へ導かれる。

サイクロン２は、流動層燃焼炉１によって加熱された流動媒体粒子６を排ガス１０から分離する。そして、分離された流動媒体粒子６は、ダウンカマー１２によって流動層ガス化炉３へ導かれる。また、流動媒体粒子６が分離された排ガス１０は、図示しない次の工程へ導かれる。

流動層ガス化炉３は、下部に散気装置１３を備えている。この散気装置１３には、例えば、ボイラＢからの水蒸気１４がガス化剤として供給されている。そして、散気装置１３は、水蒸気１４を流動層ガス化炉３に供給することによって、流動層ガス化炉３の流動媒体粒子６を流動化させて流動層１５を形成する。

流動層ガス化炉３は、原料供給管１６を一方側に有している。この原料供給管１６は、流動層ガス化炉３の内部へガス化原料を供給する。流動層ガス化炉３へ供給されたガス化原料は、流動媒体粒子６の熱を受けて水蒸気１４の存在下でガス化し、ガス化ガス１７を生成する。すなわち、ガス化原料は、流動層１５の熱と水蒸気１４によって吸熱反応を起こし、ガス化してガス化ガス１７を生成する。このガス化ガス１７は、ガス化ガス管１８によってタール処理装置４へ導かれる。

また、流動層ガス化炉３は、オーバーフロー管５を他方側に有している。このオーバーフロー管５は、流動層１５を構成する流動媒体粒子６と未反応のガス化原料（チャー７）を流動層燃焼炉１へ導くようになっている。

タール処理装置４は、タール処理塔２０と、サイクロン２１（粒子分離器）と、再生炉２２と、を備えている。タール処理塔２０には、サイクロン２１で分離されたタール吸収粒子２３がダウンカマー２４によって上方から内部に導かれており、また、流動層ガス化炉３で生成されたガス化ガス１７がブロワ２５によって昇圧されたのちガス化ガス管１８によって下方から内部に導かれている。

タール処理塔２０は、タールを吸収するタール吸収粒子２３をガス化ガス１７と接触させて、ガス化ガス１７からタールを吸収させている。具体的には、タール処理塔２０は、ダウンカマー２４によって上方から内部に導かれたタール吸収粒子２３で粒子層２６を形成し、その粒子層２６の下から散気装置２９によってガス化ガス１７を吹き込んで粒子層２６を流動させて流動層を形成しながらガス化ガス１７を通過させることによって、ガス化ガス１７からタールを吸収する。

ここで、タール吸収粒子２３は、例えば、多孔質アルミナが用いられる。タールを吸収したタール吸収粒子２３は、オーバーフロー管２７から再生炉２２へ導かれる。タールが吸収されたガス化ガス１７は、搬送管２８によって次工程へ導かれる。

再生炉２２は、タール処理塔２０でタールを吸収したタール吸収粒子２３をオーバーフロー管２７によって取り入れて、下部から供給される空気８によってタールを燃焼させてタール吸収粒子２３を再生させる炉である。この再生炉２２は、燃焼され再生されたタール吸収粒子２３を排ガスとともに上部の配管１９から排出する。このタール吸収粒子２３を含んだ排ガスは、サイクロン２１に導かれる。そして、サイクロン２１は、再生炉２２によって再生されたタール吸収粒子２３を排ガスから分離し、分離したタール吸収粒子２３をダウンカマー２４によってタール処理塔２０へ導く。

（参考例１の効果）
参考例１に係るタール処理装置４によれば、タール処理塔２０でタール吸収粒子２３をガス化ガス１７と接触させて、ガス化ガス１７からタールを吸収する。これによって、本発明のタール処理装置４は、生成したガス化ガス１７を改質炉で燃焼させて改質に必要な温度に昇温する必要がないため、生成したガス化ガス１７を減少させることなくガス化ガス１７からタールを除去できる。さらに、タール吸収粒子の触媒効果により、吸収したタールの一部をガス化ガス１７に改質する効果も見込めるため、むしろガス化ガス１７の量は増加する傾向にある。また、タールを吸収したタール吸収粒子２３は、再生炉２２に導かれてタールが燃焼されて再生されて、タールの吸収に再利用されるために経済的である。

（参考例２）
図２を参照して、本発明のタール処理装置４の参考例２を説明する。図２は、参考例２に係るタール処理装置４のタール処理塔４１を示した図である。なお、本参考例２は、タール処理塔４１を除き、その基本的構成が上記参考例１のタール処理装置４と同様であるため、上記参考例１と同様の構成には同一の符号を付し、上記参考例１の説明と重複することになる説明を省略する。

参考例２に係るタール処理塔４１は、サイクロン２１で分離されたタール吸収粒子２３がダウンカマー２４によって上方から内部に導かれ、また、流動層ガス化炉３で生成されたガス化ガス１７がブロワ２５によって所定の圧力に昇圧されたのち、ガス化ガス管１８によって下方から内部に導かれている。

タール処理塔４１は、内部に四つ（複数）の段の散気装置４６，４７，４８，４９を有することによって四つ（複数）の粒子層４２，４３，４４，４５を形成している。この粒子層４２，４３，４４，４５は、散気装置４６，４７，４８，４９によって流動させられる流動層である。なお、タール処理塔４１の段数を四段で説明したがこれに限定されるものではない。

ここで、各粒子層４２，４３，４４，４５のうち最上段の粒子層４２には、サイクロン２１からタール吸収粒子２３が導かれる。そして、各粒子層４２，４３，４４，４５のうち下方に粒子層を有する粒子層４２，４３，４４には、タール吸収粒子２３が所定の高さを越えると直下の粒子層へタール吸収粒子２３を導くオーバーフロー管５１，５２，５３が配されている。また、各粒子層４２，４３，４４，４５のうち最下段の粒子層４５には、タール吸収粒子２３が所定の高さを越えると再生炉２２へタール吸収粒子２３を導くオーバーフロー管５４が配されている。

サイクロン２１から導かれたタール吸収粒子２３は、最上段の粒子層４２を形成したのちに三段目の粒子層４３へオーバーフロー管５１によって導かれる。その後、タール吸収粒子２３は、同様にしてオーバーフロー管５２によって三段目の粒子層４３から二段目の粒子層４４へ、オーバーフロー管５３によって二段目の粒子層４４から最下段の粒子層４５へ導かれ、そして、最後に、オーバーフロー管５４によって最下段の粒子層４５から再生炉２２へ導かれる。

ここで、粒子層４２，４３，４４に配されるオーバーフロー管５１，５２，５３の長さは、最下段から最上段へ向かうに従って粒子層４５，４４，４３，４２の高さが低くなるような長さに設定されている。また、タール吸収粒子２３は、最上段の粒子層４２から下の段に形成される粒子層４３，４４，４５へ導かれるに伴い徐々に熱を失い温度が低下する。以上によって、タール吸収粒子２３は、最上段から最下段へ導かれるに伴い高さが高く、且つ温度が低くなる粒子層４２，４３，４４，４５を形成する。

流動層ガス化炉３で生成されたガス化ガス１７は、ガス化ガス管１８の途中でブロワ２５によって所定の圧力に昇圧されて最下段の散気装置４９へ供給される。そして、ガス化ガス１７は、最下段の粒子層４５の下方から吹き込まれて、粒子層４５を流動させる。その際に、ガス化ガス１７は、タール吸収粒子２３と接触してタールを吸収する。

その後、最下段の粒子層４５を抜けたガス化ガス１７は、真上の二段目の散気装置４８へ供給され二段目の散気装置４８によって二段目の粒子層４４へ吹き込まれて粒子層４４を流動させる。そして、ガス化ガス１７は、同様に三段目、四段目の粒子層４３，４２を通過したのちに搬送管２８によって次工程へ導かれる。ガス化ガス１７は、粒子層４４，４３，４２を通過する際にもタール吸収粒子２３と接触してタールを吸収する。

ここで、所定の圧力に昇圧されたガス化ガス１７は、各粒子層４２，４３，４４，４５を通過する毎に圧力損失が発生する。しかし、各粒子層４２，４３，４４，４５の高さが上の段に向かうに従って低くなっているため、ガス化ガス１７は、圧力損失を受けても上の段へ向かうことができる。当然ながら所定の圧力とは、ガス化ガス１７が各粒子層４２，４３，４４，４５を通過できる圧力である。

（参考例２の効果）
参考例２に係るタール処理装置４によれば、参考例１と同等の効果を奏する。そして、参考例２に係るタール処理装置４は、タール処理塔４１内に、四段（複数段）の散気装置４６，４７，４８，４９によって四つ（複数）の粒子層４２，４３，４４，４５が形成されている。これによって、複数段のそれぞれの粒子層の高さを合計し単段の構成でその高さにした粒子層と比較してガス化ガス１７の気泡の成長を抑制できるので、ガス化ガス１７とタール吸収粒子２３との接触効率を高めることができる。

また、参考例２に係るタール処理装置４によれば、各粒子層４２，４３，４４，４５は、最上段から下の段へ向かうほど温度が低い流動層を形成している。これによって、ガス化ガス１７は、異なる温度域のタール吸収粒子２３と接触することができるので、その温度域に応じた種類のタールを吸収することができる。

（実施例）
図３を参照して、本発明のタール処理装置４の実施例を説明する。図３は、実施例に係るタール処理装置４のタール処理塔６１を示した図である。なお、本実施例は、タール処理塔６１を除き、その基本的構成が上記参考例１のタール処理装置４と同様であるため、上記参考例１と同様の構成には同一の符号を付し、上記参考例１の説明と重複することになる説明を省略する。

実施例に係るタール処理塔６１は、全体形状が円筒形状であり、上部における径方向内方からサイクロン２１で分離されたタール吸収粒子２３がダウンカマー２４によって内部空間に導かれ、下方から流動層ガス化炉３で生成されたガス化ガス１７がガス化ガス管１８によって内部空間に導かれている。

タール処理塔６１の内部空間には、内周壁６２に固定された無底の擂鉢板６３（流路構成部材）と、この無底の擂鉢板６３の下方に配置された受け皿６４と、この受け皿６４を支持する支持柱６５と、内部空間の底を形成する傾斜底面６６と、傾斜底面６６の下に形成されたガス化ガス供給空間６７と、を備えている。

無底の擂鉢板６３は、中心に開口が形成された逆円錐台形状をしている。この無底の擂鉢板６３は、上側から下側に向かうに従って開口が徐々に小径となりテーパ面６３ａを形成する。無底の擂鉢板６３は、この開口によって底の無い形状となっている。この無底の擂鉢板６３は、外縁が内周壁６２に固定されている。

受け皿６４は、円形の底面を有する皿形状である。ここで、受け皿６４の外径ｄは、無底の擂鉢板６３の上側の開口の径Ｄ１よりも小さく、下側の開口の径Ｄ２よりも大きくなっている。この受け皿６４は、無底の擂鉢板６３から流れ落ちるタール吸収粒子２３を受けるように無底の擂鉢板６３の下側に配置されている。

無底の擂鉢板６３と受け皿６４とがこのように配置されることで、無底の擂鉢板６３と受け皿６４との間にタール吸収粒子流路６０を形成する。そして、ダウンカマー２４からのタール吸収粒子は、受け皿６４に溜まるとともに、タール吸収粒子流路６０に満たされて粒子層６８を形成する。そして、タール吸収粒子２３は、最終的に受け皿６４の外縁から溢れて傾斜底面６６に向かって流れ落ちる。このとき、タール吸収粒子２３は、円筒のカーテン７０を形成する。

傾斜底面６６は、再生炉２２側が下となるように傾斜している。これによって、傾斜底面６６に流れ落ちたタール吸収粒子２３は、再生炉２２側へ流されて接続流路７１から再生炉２２へ導かれる。また、傾斜底面６６には、面全体にわたってガス化ガス１７を通しタール吸収粒子２３を通さない小孔が多数形成されている。

ここで、ガス化ガス供給空間６７には、流動層ガス化炉３からのガス化ガス１７が供給される。そして、ガス化ガス供給空間６７に供給されたガス化ガス１７は、傾斜底面６６の小孔から噴き出す。傾斜底面６６の小孔から噴き出したガス化ガス１７のうち、タール吸収粒子２３で形成されたカーテン７０よりも内側に噴き出したガス化ガス１７は、タール吸収粒子２３で形成されたカーテン７０を内から外へ横切って流れる。この際に、ガス化ガス１７は、タール吸収粒子２３と接触しタールが吸収される。

次に、ガス化ガス１７は、無底の擂鉢板６３と受け皿６４との間に形成されたタール吸収粒子２３の粒子層６８を通過する。この際もガス化ガス１７は、タール吸収粒子２３と接触しタールが吸収される。そして、ガス化ガス１７は、搬送管２８によって次工程へ導かれる。ここで、粒子層６８の層が厚くガス化ガス１７が円滑に粒子層６８の内部を通過できない場合は、必要に応じて粒子層６８の下からノズル７２によって水蒸気を供給し、粒子層６８を流動させて流動層としても良い。

（実施例の効果）
実施例に係るタール処理装置４によれば、ガス化ガス１７は、タール吸収粒子２３のカーテン７０と粒子層６８を通過する際にタールが吸収される。これによって、本発明のタール処理装置４は、生成したガス化ガス１７を改質炉で燃焼させて改質に必要な温度に昇温する必要がないため、生成したガス化ガス１７を減少させることなくガス化ガス１７からタールを除去できる。また、タールを吸収したタール吸収粒子２３は、再生炉２２で再生されてタールの吸収に再利用されるために経済的である。

（実施例の変形例）
図４を参照して、本発明のタール処理装置４の実施例の変形例を説明する。図４は、実施例に係るタール処理装置４におけるタール処理塔８１の変形例を示した図である。なお、本実施例の変形例は、タール処理塔８１を除き、その基本的構成が上記参考例１のタール処理装置４と同様であるため、上記参考例１と同様の構成には同一の符号を付し、上記参考例１の説明と重複することになる説明を省略する。

タール処理塔８１の基本的な構成は、図３に示すタール処理塔６１と同様である。本変形例のタール処理塔８１の特徴とするところは、タール処理塔８１を形成する外径が、図４に示す様に上から下に向けて、大径部８２ａと、大径部８２ａと接続し徐々に径が小さくなるテーパ部８２ｂと、テーパ部８２ｂと接続する小径部８２ｃと、を有した円筒形状である。

無底の擂鉢板６３は、タール処理塔８１の内周壁８２における大径部８２ａとテーパ部８２ｂとの境目に固定される。また、受け皿６４は、無底の擂鉢板６３の下方で、且つ、高さ方向の位置がテーパ部８２ｂに位置するように配置される。このテーパ部８２ｂは、内径が下に向かうに従って徐々に小さくなっており、途中で受け皿６４の外径ｄよりも小さくなっている。

以上の構成によれば、受け皿６４の外縁から溢れたタール吸収粒子２３は、テーパ部８２ｂに流れ落ちるまでタール吸収粒子２３のカーテン７０を形成し、その後、小径部８２ｃの内壁を伝わって傾斜底面６６に流れ落ちる。これによって、傾斜底面６６の小孔から噴き出したガス化ガス１７は、必ずタール吸収粒子２３で形成されたカーテン７０を横切って流れることとなる。

（実施例の変形例の効果）
実施例の変形例に係るタール処理装置４によれば、実施例と同等の効果を奏する。また、傾斜底面６６の小孔から噴き出したガス化ガス１７は、必ずタール吸収粒子２３で形成されたカーテン７０を横切るため、実施例と比較し、ガス化ガス１７のタールを吸収する効果をより高めることができる。

なお、本発明のタール処理装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。例えば、タール処理塔の内部の粒子層を移動層とし、その移動層にガス化ガスを接触させてタールを吸収させても良いし、シャローベッド型としても良い。また、受け皿を皿形状で説明したがこれに限定されず、傾けた板又は水平な板、分散板構造としても良い。本発明のタール処理装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更することができる。

４タール処理装置
１７ガス化ガス
２０タール処理塔
２１サイクロン（粒子分離器）
２２再生炉
２３タール吸収粒子
２６粒子層
４１タール処理塔
４２粒子層
４３粒子層
４４粒子層
４５粒子層
５１オーバーフロー管
５２オーバーフロー管
５３オーバーフロー管
５４オーバーフロー管
６０タール吸収粒子流路
６１タール処理塔
６３無底の擂鉢板
６３ａテーパ面
６４受け皿
６８粒子層
８１タール処理塔

Claims

タールを吸収するタール吸収粒子をガス化ガスと接触させる粒子層を内部に形成し、ガス化ガスに粒子層を通過させてガス化ガスのタールを吸収させるタール処理塔と、
前記タール処理塔でタールを吸収したタール吸収粒子が導かれ、タールを燃焼させてタール吸収粒子を再生させて、排ガスとともに排出する再生炉と、
前記再生炉によって再生されたタール吸収粒子を排ガスから分離させて前記タール処理塔へ導く粒子分離器と、を備え、
前記タール処理塔は、
前記粒子分離器からのタール吸収粒子を溜める受け皿と、
前記受け皿の上方に配置され、前記受け皿とでタール吸収粒子流路を形成する流路構成部材と、を備え、
前記粒子層は、タール吸収粒子が前記タール吸収粒子流路を満たすことによって形成されることを特徴とするタール処理装置。
ガス化ガスは、前記受け皿から溢れて流れ落ちるタール吸収粒子を横切って接触させられることを特徴とする請求項１に記載のタール処理装置。