JP6596888B2 - Tar reformer - Google Patents
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本発明は、ガス化原料をガス化させることで生成されたガス化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 tar reforming apparatus for reforming tar in a gasification gas generated by gasifying a gasification raw material.
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.
タールを除去する技術として、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、酸化改質する技術が開示されている(例えば、特許文献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。 As a technique for removing tar, a technique is disclosed in which the generated gasified gas is burned with oxygen or air to 1100 ° C. or higher and is oxidized and reformed (for example, Patent Document 1). 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 gasification gas is consumed, the ratio of the combustible gas per unit volume of the gasification gas treated in the oxidation reforming furnace may be reduced by about 10%, for example. .
そこで、タール改質触媒を用いてガス化ガス中のタールを改質し、ガス化ガスからタールを除去する技術が開発されている(例えば、特許文献2)。 In view of this, a technique for reforming tar in gasification gas using a tar reforming catalyst and removing tar from the gasification gas has been developed (for example, Patent Document 2).
特許文献2の技術では、ガス化ガスに酸素を加えて酸化させることで、ガス化ガスをタール改質触媒に適した温度に上昇させている。しかし、ガス化ガスに酸素を加えた際に火炎が生じることがあり、この場合、ガス化ガス中の炭化水素やタールが火炎によって煤になってしまう。そうすると、煤によって、配管が閉塞したり、プロセスで使用する機器が故障したりする等の問題が生じるおそれがある。したがって、タール改質触媒を用いてタールを除去する構成において、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させる技術の開発が希求されている。 In the technique of Patent Document 2, the gasification gas is raised to a temperature suitable for the tar reforming catalyst by adding oxygen to the gasification gas and oxidizing it. However, when oxygen is added to the gasification gas, a flame may be generated. In this case, hydrocarbons and tar in the gasification gas become soot by the flame. If it does so, there exists a possibility that problems may arise, such as pipe | tube obstruct | occluded by a flaw or the apparatus used in a process failure. Accordingly, there is a demand for the development of a technique for raising the temperature of the gasification gas without generating a flame in a configuration in which tar is removed using a tar reforming catalyst.
本発明は、このような課題に鑑み、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させることが可能な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 a problem, an object of the present invention is to provide a tar reformer capable of increasing the temperature of gasification gas without generating a flame.
上記課題を解決するために、本発明のタール改質装置は、Ptを含む酸化触媒を保持する酸化ユニットと、Ni、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数を含むタール改質触媒を保持し、酸化ユニットの下流側に設けられる改質ユニットと、少なくとも酸素を含む酸化剤を酸化ユニットの上流側にのみ供給し、酸化剤と、ガス化ガスとを混合して、火炎が生じる酸素濃度の下限値以上となる部分を生じさせずに混合ガスを生成し、混合ガスを送出するガス混合部と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the tar reforming apparatus of the present invention, the oxidation unit that holds the oxidation catalyst containing Pt, Ni, Ca, Mg, Fe, and one or more selected from the group of Si A reforming unit provided on the downstream side of the oxidation unit and an oxidizing agent containing at least oxygen is supplied only to the upstream side of the oxidation unit, and the oxidizing agent and the gasification gas are mixed. And a gas mixing section that generates a mixed gas without generating a portion that is not less than the lower limit value of the oxygen concentration at which a flame is generated, and sends out the mixed gas.
また、ガス混合部は、エジェクタであるとしてもよい。 Further, the gas mixing unit may be an ejector.
本発明によれば、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させることが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to raise the temperature of gasification gas, without producing a flame.
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、本明細書および図面において、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.
(ガス化ガス生成装置100)
図1は、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、ガス化原料を破線の矢印で、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。
(Gasified 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、後述するタール改質装置200でタールが改質され、タールが改質されたガス化ガスX2は、精製装置300でさらに精製される。
Since the gasification gas X1 generated in the
精製装置300は、タール改質装置200から送出されたガス化ガスX2を冷却する熱交換器、熱交換器で冷却されたガス化ガスに水を噴霧してタールやスラッジを除去するスプレー塔、ガス化ガスに霧状の水を噴霧してタールやスラッジをさらに除去するミストセパレータ、タールやスラッジが除去されたガス化ガスを昇圧する昇圧器、ガス化ガスから硫化物を除去する脱硫装置、ガス化ガスから窒化物を除去する脱硝装置、ガス化ガスから塩化物を除去する脱塩装置等を含んで構成され、タール改質装置200でタールが改質されたガス化ガスX2を精製する。
The
(タール改質装置200)
続いて、タール改質装置200の具体的な構成について説明する。図2は、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、ガス混合部210と、酸化ユニット220と、改質ユニット230とを含んで構成される。
(Tar reformer 200)
Subsequently, a specific configuration of the
ガス混合部210は、例えば、エジェクタで構成され、ガス化炉116で生成されたガス化ガスX1を受け付け、ガス化ガスX1と酸化剤とを混合して混合ガスを生成し、混合ガスを送出する。ここで、酸化剤は、少なくとも酸素を含むガスである。
The
ガス混合部210をエジェクタで構成すると、ガス化ガスX1の線速度を向上させて旋回流とすることができる。このガス化ガスX1の旋回流に酸化剤を導入することで、ガス化ガスX1と酸化剤とを実質的に均一に混合することが可能となる。これにより、混合ガス中において酸素濃度が予め定められた濃度以上となる部分を生じさせずに、混合ガスを生成することができる。ここで、予め定められた濃度は、火炎が生じる酸素濃度の下限値である。したがって、混合ガスの生成過程で火炎が生じてしまう事態を回避することが可能となる。
When the
酸化ユニット220は、混合ガスの酸化反応を促進する酸化触媒と、酸化触媒を保持する担体とを含んで構成され、ガス混合部210で混合された混合ガスが流通する流路上に設けられ、酸化触媒と、混合ガスとを接触させる。ここで、酸化触媒は、例えば、白金(Pt)を含んで構成され、担体は、金属で構成されてもよいし、コージェライト、ムライト、アルミナ等のセラミックで構成されてもよい。
The
図3は、酸化ユニット220の具体例を説明するための図である。図3中、混合ガスの流れを白抜き矢印で示し、酸化触媒224、228を黒い塗りつぶしで示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific example of the
酸化ユニット220は、例えば、図3(a)に示すように、混合ガスの流路202を、混合ガスの流れ方向と直交する方向に複数(例えば、8個)に分割する平板で構成された担体222と、担体222の表面に担持された酸化触媒224とで構成される。
For example, as illustrated in FIG. 3A, the
酸化ユニット220が、混合ガスの流れ方向と平行な面に酸化触媒224を保持することにより、混合ガスの少なくとも一部を酸化触媒224に確実に接触させることができる。酸化触媒224に混合ガスが接触すると、酸化反応が開始されるため、酸化反応が開始した箇所を起点として、混合ガス全体において酸化反応を進行させることが可能となる。
Since the
また、酸化ユニット220をハニカム形状とすることにより、混合ガスの流通を妨げることなく(流路断面積の減少を抑えつつ)、酸化触媒224を混合ガスに接触させることができる。さらに、酸化ユニット220がハニカム形状であるため、混合ガスにダスト(粉塵)が含まれる場合であっても混合ガスの流路が閉塞されてしまう事態を回避することが可能となる。
Moreover, by making the
また、図3(b)に示すように、酸化ユニット220を、混合ガスの流れ方向と直交する方向に延在する棒で構成され、先端が流路202の中央に配されるように設けられた担体226と、担体226の先端に担持された酸化触媒228とで構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 3B, the
かかる構成であっても、混合ガスの少なくとも一部を酸化触媒228に接触させることができ、混合ガス全体における酸化反応の進行の起点とすることが可能となる。また、混合ガスの流通を妨げることなく(流路断面積の減少を抑えつつ)、酸化触媒228を混合ガスに接触させることができる。
Even with this configuration, at least a part of the mixed gas can be brought into contact with the
このように、酸化ユニット220を備える構成により、混合ガスの酸化反応を確実に進行させることができる。ガス混合部210のみでは、酸化反応が進行せず、混合ガス(ガス化ガスX1)の温度が上昇しないおそれがあるが、酸化ユニット220を設けることにより、混合ガスの酸化反応を確実に遂行することができ、混合ガスの温度を上昇させることが可能となる。
As described above, the structure including the
また、本実施形態において、酸化触媒224、228(酸化ユニット220)は、ガス混合部210における混合ガスの送出口(不図示)近傍に配される。これにより、混合ガスの酸化反応を効率よく遂行することができる。
In the present embodiment, the
図2に戻って、改質ユニット230は、タール改質触媒と、タール改質触媒を保持する担体とを含んで構成され、酸化ユニット220によって温度が上昇した(酸化反応が遂行された)混合ガスが流通する流路上に設けられ、タール改質触媒と、混合ガスとを接触させることで、混合ガス中のタールの改質反応を促進させる。
Referring back to FIG. 2, the reforming
ここで、タール改質触媒は、少なくともNiが含まれて構成される(以下、「Ni系触媒」と称する)。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(混合ガス)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、混合ガスにNi系触媒を接触させることで、混合ガス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。
Here, the tar reforming catalyst includes at least Ni (hereinafter referred to as “Ni-based catalyst”). As described above, since the
こうして、ガス化ガスX1からタールを除去することができ、タールが除去されたガス化ガスX2は、後段の精製装置300に送出されることとなる。
In this way, tar can be removed from the gasification gas X1, and the gasification gas X2 from which the tar has been removed is sent to 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、ガス混合部210を備える構成により、火炎を生じさせずにガス化ガスX1と酸化剤とを混合することができる。また、酸化ユニット220を備える構成により、混合ガスの酸化反応を確実に遂行させることができ、混合ガスの温度を、改質ユニット230のタール改質触媒の活性温度まで上昇させることが可能となる。これにより、改質ユニット230においてタールを効率よく除去することができる。
As described above, according to the
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、上記実施形態において、ガス混合部210がエジェクタで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、混合ガス中において酸素濃度が予め定められた濃度以上となる部分を生じさせずに、つまり、火炎を生じさせずに混合ガスを生成することができれば、ガス混合部210の構成に限定はない。
For example, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、担体222による流路202の分割数が8つである場合を例に挙げて説明した。しかし、担体222による流路202の分割数に限定はなく、2以上であればよい。
Moreover, in the said embodiment, the case where the division | segmentation number of the
また、上記実施形態において、タール改質触媒として、少なくともNiを含む触媒を例に挙げて説明した。しかし、混合ガス中のタールを改質して、タールを除去することができれば、タール改質触媒の材質に限定はない。例えば、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をタール改質触媒として用いてもよい。つまり、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数を含むタール改質触媒を採用してもよい。 Moreover, in the said embodiment, the catalyst containing at least Ni was mentioned as an example and demonstrated as a tar reforming catalyst. However, the material of the tar reforming catalyst is not limited as long as the tar in the mixed gas can be reformed and removed. For example, an oxide or carbonate of one or more elements selected from the group of Ca, Mg, Fe, and Si, for example, natural ore such as dolomite, olivine, limonite, limestone as a tar reforming catalyst It may be used. That is, a tar reforming catalyst containing one or more selected from the group consisting of Ca, Mg, Fe, and Si may be employed.
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 APPLICATION This invention can be utilized for the tar reforming apparatus which reforms the tar in gasification gas which gasifies a gasification raw material and produces | generates gasification gas.
200 タール改質装置
210 ガス混合部
220 酸化ユニット
230 改質ユニット
200
Claims (2)
Ni、Ca、Mg、Fe、および、Siの群から選択される1または複数を含むタール改質触媒を保持し、前記酸化ユニットの下流側に設けられる改質ユニットと、
少なくとも酸素を含む酸化剤を前記酸化ユニットの上流側にのみ供給し、該酸化剤と、ガス化ガスとを混合して、火炎が生じる酸素濃度の下限値以上となる部分を生じさせずに混合ガスを生成し、該混合ガスを送出するガス混合部と、
を備えたことを特徴とするタール改質装置。 And oxidation unit that holds the oxidation catalyst containing Pt,
A reforming unit that holds a tar reforming catalyst including one or more selected from the group of Ni, Ca, Mg, Fe, and Si, and is provided downstream of the oxidation unit;
Supply at least oxygen-containing oxidant only to the upstream side of the oxidation unit, mix the oxidant and gasification gas, and mix without generating a portion that exceeds the lower limit of the oxygen concentration at which a flame is generated. A gas mixing section for generating gas and delivering the mixed gas;
A tar reforming apparatus comprising:
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