JPH11106202A - 部分酸化のガス化装置 - Google Patents

部分酸化のガス化装置

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JPH11106202A
JPH11106202A JP26641497A JP26641497A JPH11106202A JP H11106202 A JPH11106202 A JP H11106202A JP 26641497 A JP26641497 A JP 26641497A JP 26641497 A JP26641497 A JP 26641497A JP H11106202 A JPH11106202 A JP H11106202A
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銑三 矢野目
Sugihiro Konishi
杉弘 小西
Ryoichi Tanaka
良一 田中
Tsutomu Yasuda
力 保田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス化炉に供給する蒸気の温度を、高温生成
ガスの温度に近い温度まで高められるようにして、水素
の生成効率を高める。 【解決手段】 炭化水素系の燃料２と酸化剤３とを供給
するようにしたガス化炉１に、一端を連通した第１の交
換型蓄熱熱交換器１７及び第２の交換型蓄熱熱交換器１
８と、該熱交換器１７，１８の他端同士を連通し途中に
２個の導出弁２４，２５を備えた導出管２３と、導出弁
２４，２５間に接続された高温生成ガス導出管２６と、
熱交換器１７，１８の他端同士を連通し途中に２個の供
給弁２８，２９を備えた供給管２７と、供給弁２８，２
９間に接続された蒸気供給管３０と、熱交換器１７，１
８の一方から高温生成ガス４を取出している時に他方か
ら蒸気２２を供給するように導出弁２４，２５及び供給
弁２８，２９の開閉を切替制御する制御器３３と、から
なる蒸気加熱装置１６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタンＣＨ4、エ
タンＣ2Ｈ6、プロパンＣ3Ｈ8、ブタンＣ4Ｈ10等の炭化
水素系のガス、及び燈油、軽油等の炭化水素系の液体を
燃料として、部分酸化により、水素を効率よく製造する
ための部分酸化のガス化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来の部分酸化のガス化装置の
一例を示したもので、図中１はガス化炉であり、該ガス
化炉１には、炭化水素系のガス又は液体の燃料２と、酸
化剤３（一般にはＯ2が使用されるが、空気が用いられ
ることもある）が供給されて、完全燃焼するより少ない
酸素Ｏ2によって１０００ｋｃａｌ／ｈ以上の熱量が保
持されるようにガス化炉１内のガスの温度（反応温度）
を１２００℃以上に高めて部分酸化（燃焼）させること
により、二酸化炭素ＣＯ2と水Ｈ2Ｏ、及び一酸化炭素Ｃ
Ｏと水素Ｈ2からなる高温生成ガス４を得るようにして
いる。
【０００３】又、図４の場合では、ガス化炉１で生じた
１２００℃以上の高温生成ガス４は、高温生成ガス導出
管５により排熱回収ボイラ６に導かれて水を加熱するこ
とにより自身は冷却されて６００℃前後の生成ガス４ａ
として図示しない水素ガス分離装置等に供給されるよう
になっている。
【０００４】前記排熱回収ボイラ６において、高温生成
ガス４により水７を加熱することにより生成された５０
０℃程度の蒸気８は、蒸気タービン９に供給されて該蒸
気タービン９を廻すことにより発電機１０を駆動する等
の仕事を行った後、コンデンサ１１により液化されて水
７となり、水７は給水ポンプ１２により再び前記排熱回
収ボイラ６に供給されるようになっている。
【０００５】前記ガス化炉１では、炭化水素系の燃料２
の炭素Ｃと、酸化剤３の酸素Ｏ2との燃焼によって１０
００ｋｃａｌ／ｈ以上の熱量が保持されるように燃料２
と酸化剤３の供給量が調節される。この時、前記燃料２
と酸化剤３の燃焼によって生成する二酸化炭素ＣＯ2と
水Ｈ2Ｏは酸化発熱反応であり、また一酸化炭素ＣＯと
水素ガスＨ2は還元吸熱反応であると言える。
【０００６】上記反応において、ガス化炉１に、蒸気Ｈ
2Ｏ（水）を酸化剤として供給する（Ｏを入れる）こと
が行われており、蒸気Ｈ2Ｏの供給によりＣ＋Ｈ2Ｏ→Ｃ
Ｏ＋Ｈ2の反応が促進されることによって、水素Ｈ2の生
成を促進させるようにしている。
【０００７】このため、従来では、蒸気タービン９の途
中から取り出すようにした中圧蒸気１３（３００℃前
後）を、前記ガス化炉１に供給するようにしている。又
この時、前記中圧蒸気１３の一部を利用して、前記ガス
化炉１に供給している燃料を熱交換器１４により１５０
℃前後まで加熱し、また酸化剤３を熱交換器１５により
８０℃前後まで加熱するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記ガス化炉１におい
ては、燃料２と酸化剤３の燃焼による発熱をできるだけ
押さえた状態において１２００℃以上の反応温度を保持
させるようにすれば、水素Ｈ2の生成効率を増加させる
ことができるが、従来のガス化炉１に供給している中圧
蒸気１３は３００℃前後と低い温度であった。
【０００９】このために、３００℃前後の中圧蒸気１３
と、１２００℃以上の反応温度との間には９００℃の温
度差があり、この温度差分を加熱するために燃料２と酸
化剤３の燃焼量が増大することになり、よって水素Ｈ2
の生成効率が低く押さえられてしまうという問題があっ
た。
【００１０】又、このために、前記ガス化炉１に供給す
る中圧蒸気１３の温度を高めることが考えられるが、熱
交換によって得られる高温の蒸気は通常で５００℃前後
であり、最高温度の蒸気を得ようとした場合でも、熱交
換器チューブの材料強度等の制限から６００℃程度が限
界であった。
【００１１】従って、上記したように、仮に６００℃に
加熱した蒸気を前記ガス化炉１に供給するようにしたと
しても、１２００℃の反応温度まで加熱するためには依
然として６００℃の大きな温度差が存在しており、この
ために燃料２と酸化剤３の燃焼量が増大されて、水素Ｈ
2の生成効率が低く押さえられてしまうという問題があ
る。
【００１２】また、上記従来装置によれば、１２００℃
以上の反応温度を確保するために燃料２及び酸化剤３の
使用量が増加することにより、運転コストも増加すると
いう問題を有していた。
【００１３】本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を
解決すべくなしたもので、ガス化炉に供給する蒸気の温
度を、高温生成ガスの温度に近い温度まで高められるよ
うにして、水素の生成効率を高め得るようにした部分酸
化のガス化装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガス化炉に、
炭化水素系の燃料と、酸化剤と、蒸気とを供給すること
により反応温度に加熱して部分酸化により生成した水素
ガスを含む高温生成ガスを導出するようにしている部分
酸化のガス化装置であって、ガス化炉に一端が連通する
ように接続された第１の交換型蓄熱熱交換器及び第２の
交換型蓄熱熱交換器と、該第１の交換型蓄熱熱交換器及
び第２の交換型蓄熱熱交換器の他端同士を連通し且つ途
中に２個の導出弁を備えた導出管と、該導出管における
導出弁相互間に接続された高温生成ガス導出管と、前記
第１の交換型蓄熱熱交換器及び第２の交換型蓄熱熱交換
器の他端同士を連通し且つ途中に２個の供給弁を備えた
供給管と、該供給管における供給弁相互間に接続した蒸
気供給管と、前記第１の交換型蓄熱熱交換器と第２の交
換型蓄熱熱交換器の一方から高温生成ガスを取り出して
いる時に他方から蒸気を供給するように前記導出弁及び
供給弁の開閉を切替制御する制御器と、からなる蒸気加
熱装置を備えたことを特徴とする部分酸化のガス化装
置、に係るものである。
【００１５】また、蒸気加熱装置をガス化炉に複数設置
させるようにする。
【００１６】本発明では、ガス化炉に、第１の交換型蓄
熱熱交換器と第２の交換型蓄熱熱交換器を備えた蒸気加
熱装置を設け、第１の交換型蓄熱熱交換器及び第２の交
換型蓄熱熱交換器の一方から高温生成ガスを取り出して
いる時に他方から蒸気を供給するように、導出弁及び供
給弁を交互に切替えるようにしているので、反応温度以
上の高温生成ガスにて加熱された第１の交換型蓄熱熱交
換器又は第２の交換型蓄熱熱交換器を蒸気が通ってガス
化炉に供給される際に、蒸気が高温生成ガスの温度に近
い温度まで加熱されることになり、従って、高温生成ガ
スの温度と蒸気の温度との温度差が小さくなり、よっ
て、蒸気の温度を高温生成ガスの温度まで高めるために
使用される燃料及び酸化剤の燃焼量が減少して、ガス化
炉内での水素Ｈ2の生成効率が大幅に増大される。
【００１７】更に、ガス化炉内を反応温度以上に維持す
るために必要な燃料及び酸化剤の消費量が減少するの
で、コストの低減が図れる。
【００１８】またガス化炉に、蒸気加熱装置を複数個設
置して、導出弁及び供給弁を開閉させるタイミングをず
らすように制御すると、ガス化炉に供給される蒸気の温
度を略平坦にして安定させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。
【００２０】図１は本発明を実施する形態の一例であっ
て、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしており、基本的な構成は図４に示す従来のものと同
様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４にお
いて蒸気タービン９からの中圧蒸気１３をガス化炉１に
直接供給するようにしている構成に代えて、ガス化炉１
に蒸気加熱装置１６を備えるようにしている。
【００２１】蒸気加熱装置１６は、図１に示すように、
ガス化炉１に一端（左側端）が連通するように接続した
第１の交換型蓄熱熱交換器１７と第２の交換型蓄熱熱交
換器１８とを備えている。
【００２２】第１の交換型蓄熱熱交換器１７及び第２の
交換型蓄熱熱交換器１８は、図２に示すように、ハステ
ロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）等の耐熱合金によって形成
された円筒状のチューブ１９の内部に、セラミックによ
り円柱状（角柱もある）で、しかも軸方向に貫通した多
数の細口２０を有するハニカム（多孔体）構造の蓄熱体
２１を多数挿入した構成を有しており、前記チューブ１
９に実線矢印のように導入される高温生成ガス４が蓄熱
体２１の細口２０を通る際に蓄熱体２１を加熱し、また
点線矢印のようにチューブ１９に供給される蒸気２２が
蓄熱体２１の細口２０を通る際に加熱された蓄熱体２１
によって加熱されるようになっている。
【００２３】前記第１の交換型蓄熱熱交換器１７及び第
２の交換型蓄熱熱交換器１８の他端（右側端）同士は、
図１に示すように導出管２３にて連通されていると共
に、該導出管２３の途中には２個の導出弁２４，２５が
備えてあり、前記導出管２３における導出弁２４と導出
弁２５の相互間には、高温生成ガス導出管２６の一端が
接続されており、該高温生成ガス導出管２６の他端は、
ガス化炉１上部の高温生成ガス導出管５に接続されてい
る。上記における高温配管系には前述したようなハステ
ロイのような耐熱合金などを用いることができる。
【００２４】更に、前記第１の交換型蓄熱熱交換器１７
及び第２の交換型蓄熱熱交換器１８の他端（右側端）同
士は、供給管２７にて連通されていると共に、該供給管
２７の途中には２個の供給弁２８，２９が備えてあり、
前記供給管２７における供給弁２８と供給弁２９の相互
間には、蒸気供給管３０が接続されている。
【００２５】図１では、排熱回収ボイラ６を経た後の生
成ガス４ａと熱交換を行うようにした熱交換器３１を備
えており、給水ポンプ１２出口の水７の一部を、給水管
３２により前記熱交換器３１に導いて、６００℃前後の
生成ガス４ａと熱交換することにより蒸気２２を生じさ
せ、２００℃程度以下の温度となった蒸気２２を前記蒸
気供給管３０に供給するようにしている。前記熱交換器
３１に導かれた６００℃前後の生成ガス４ａは熱交換に
よって３００℃程度に温度が低下されて取り出されるよ
うになっている。
【００２６】また、前記第１の交換型蓄熱熱交換器１７
と第２の交換型蓄熱熱交換器１８の一方から高温生成ガ
ス４’を取り出している時に、他方には蒸気２２を供給
するように、前記導出弁２４，２５及び供給弁２８，２
９の開閉を切替えて制御するようにした制御器３３を備
えている。制御器３３は、タイマーを備えて所定時間間
隔（例えば２０〜４０秒）毎に切替えるようにしてもよ
く、また、第１の交換型蓄熱熱交換器１７及び第２の交
換型蓄熱熱交換器１８によりガス化炉１に供給される蒸
気２２の温度、或いは導出管２３に導出される高温生成
ガス４’の温度等を検出して、これらの検出温度に基づ
いて切替えを行うようにしてもよい。
【００２７】上記した蒸気加熱装置１６は、図１に実線
と仮想線で示すように、ガス化炉１に対して複数個配設
することができる。
【００２８】次に、上記図１、図２に示した形態例の作
用を説明する。
【００２９】ガス化炉１には、炭化水素系のガス又は液
体の燃料２と、完全燃焼するより少ない量の酸化剤３が
供給され、ガス化炉１内のガスの温度が１２００℃（反
応温度）以上に保持されるように燃焼（部分酸化）され
て、二酸化炭素ＣＯ2と水Ｈ2Ｏ、及び一酸化炭素ＣＯと
水素Ｈ2からなる高温生成ガス４が生成される。
【００３０】この時、制御器３３により、図１の白抜き
で示した導出弁２５と供給弁２８を開けて、黒塗りで示
した導出弁２４と供給弁２９を閉めるように制御する。
【００３１】すると、蒸気供給管３０からの蒸気２２が
供給管２７の供給弁２８を介し、第１の交換型蓄熱熱交
換器１７を経てガス化炉１に供給される。
【００３２】一方、ガス化炉１内で部分酸化により生じ
た１２００℃以上の高温生成ガス４は、第２の交換型蓄
熱熱交換器１８から導出管２３の導出弁２５及び第２の
高温生成ガス導出管２６を介して取り出される。
【００３３】この時、ガス化炉１から第２の交換型蓄熱
熱交換器１８に導入される１２００℃以上の高温生成ガ
ス４は、図２のチューブ１９内に備えられている蓄熱体
２１の細口２０を通る際に、蓄熱体２１を高温生成ガス
４に近い温度（１２００℃前後）まで加熱するようにな
り、高温生成ガス４’は若干温度が低下されて高温生成
ガス導出管２６に導かれる。
【００３４】上記状態を所定時間保持した後、制御器３
３により、白抜きで示した導出弁２５と供給弁２８を閉
めて、黒塗りで示した導出弁２４と供給弁２９を開ける
ように切替える。
【００３５】すると、蒸気供給管３０からの蒸気２２
が、今度は供給管２７の供給弁２９により、第２の交換
型蓄熱熱交換器１８を経てガス化炉１に供給されるよう
になり、またガス化炉１内の高温生成ガス４は、第１の
交換型蓄熱熱交換器１８の蓄熱体２１の細口２０を通っ
て蓄熱体２１を加熱した後、導出管２３の導出弁２４を
経て高温生成ガス導出管２６に導かれるようになる。
【００３６】この時、前記したように第２の交換型蓄熱
熱交換器１８の蓄熱体２１は、既に高温生成ガス４によ
って高温生成ガス４の温度に近い温度（１２００℃以
上）に加熱されているので、蒸気供給管３０から第２の
交換型蓄熱熱交換器１８に供給された蒸気２２は、高温
に加熱された蓄熱体２１の細口２０を通る際に加熱され
ることになる。
【００３７】図２に示したような第１及び第２の交換型
蓄熱熱交換器１７，１８では、加熱側（高温生成ガス
４）の温度に対して、非加熱側（蒸気２２）の温度を、
３０〜５０℃だけ低い温度まで加熱することができる。
【００３８】従って、高温生成ガス４が例えば１２００
℃である場合には、蒸気２２の温度を１１５０〜１１７
０℃程度まで高めてガス化炉１に供給することができ
る。
【００３９】このようにガス化炉１に供給される蒸気２
２の温度が高められると、高温生成ガス４の温度と蒸気
２２との温度差が３０〜５０℃のように小さくなり、従
って、蒸気２２の温度を高温生成ガス４の温度まで高め
るために必要な酸化剤３の増加が僅かですむようにな
り、よってガス化炉１内のガス温度を高めるために消費
される燃料２及び酸化剤３の量を減少させることがで
き、これにより水素Ｈ2の生成効率を大幅に増大させる
ことができる。
【００４０】上記において、ガス化炉１で生じる高温生
成ガス４の総てを第１の交換型蓄熱熱交換器１７又は第
２の交換型蓄熱熱交換器１８から取り出すようにしても
よいが、燃料２と酸化剤３の部分酸化によって生じるガ
スの容量に比して、ガス化炉１に供給される蒸気２２の
容量の方が通常小さいので、ガス化炉１内で生成した高
温生成ガス４の一部を第１の交換型蓄熱熱交換器１７又
は第２の交換型蓄熱熱交換器１８を経て若干温度が低下
した高温生成ガス４’として高温生成ガス導出管２６に
取り出すようにし、残りの高温生成ガス４は高温生成ガ
ス導出管５にて取り出すようにし、これらの高温生成ガ
ス４，４’を合流して排熱回収ボイラ６に供給するよう
にしている。
【００４１】前記した蒸気２２を、高温に加熱された蓄
熱体２１に通して加熱する際、蓄熱体２１は蒸気２２に
熱が奪われることによって徐々に温度が低下し、このた
めにガス化炉１に供給される蒸気２２の温度も時間と共
に低下するようになるので、ガス化炉１に供給される蒸
気２２の温度が余り低下しないように、所定の時間間隔
（２０から４０秒）を設定して、或いは前記ガス化炉１
に供給される蒸気２２の温度を検出してその検出値に基
づいて、制御器３３は前記導出弁２４，２５及び供給弁
２８，２９の開閉を切替えるようにしている。
【００４２】また、上記したように、第１又は第２の交
換型蓄熱熱交換器１７，１８からガス化炉１に供給され
る蒸気２２の温度が時間の経過と共に低下する問題に対
し、ガス化炉１に、前記した蒸気加熱装置１６を複数個
設置して、前記導出弁２４，２５及び供給弁２８，２９
を切替えるタイミングを、蒸気加熱装置１６間でずらす
ように制御することにより、ガス化炉１に供給される蒸
気２２の温度を略平坦にして安定させることができる。
【００４３】また、図１の形態例では、熱交換器３１を
備えて、排熱回収ボイラ６を経た後の生成ガス４ａと給
水ポンプ１２出口の水７とを熱交換し、水を加熱して得
られた２００℃以下程度の蒸気２２を、前記蒸気加熱装
置１６に供給して利用するようにしているので、前記熱
交換器３１に導かれた６００℃前後の生成ガス４ａの熱
を蒸気２２の製造に有効に利用することができ、熱交換
器３１からは３００℃程度に低下した生成ガス４ａを取
り出すことができる。前記蒸気加熱装置１６に供給する
蒸気２２は、低温（湿蒸気を含む）であっても良く、従
って前記以外の種々の高温部の熱を利用して得た蒸気を
用いることができる。
【００４４】図３は、前記蒸気加熱装置１６に蒸気２２
を供給する蒸気供給管３０を、蒸気タービン９に接続し
て、蒸気タービン９からの３００℃前後の中圧蒸気１３
を取り出すようにし、且つ該中圧蒸気１３に、給水ポン
プ１２からの水７を給水管３４を介して混合するように
している。この時、蒸気２２の温度が飽和温度ギリギリ
になるように水７を混合すると、中圧蒸気１３の熱エネ
ルギーを有効に利用することができる。
【００４５】尚、本発明は上記形態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。
【００４６】
【発明の効果】上記した本発明によれば、ガス化炉に、
第１の交換型蓄熱熱交換器と第２の交換型蓄熱熱交換器
を備えた蒸気加熱装置を設け、第１の交換型蓄熱熱交換
器及び第２の交換型蓄熱熱交換器の一方から高温生成ガ
スを取り出している時に他方から蒸気を供給するよう
に、導出弁及び供給弁を交互に切替えるようにしている
ので、反応温度以上の高温生成ガスにて加熱された第１
の交換型蓄熱熱交換器又は第２の交換型蓄熱熱交換器を
蒸気が通ってガス化炉に供給される際に、蒸気が高温生
成ガスの温度に近い温度まで加熱されることになり、従
って、高温生成ガスの温度と蒸気の温度との温度差が小
さくなり、よって、蒸気の温度を高温生成ガスの温度ま
で高めるために使用される燃料及び酸化剤の燃焼量が減
少して、ガス化炉内での水素Ｈ2の生成効率が大幅に増
大される効果がある。
【００４７】更に、ガス化炉内を反応温度以上に維持す
るために必要な燃料及び酸化剤の消費量が減少するの
で、コストの低減が図れる効果がある。
【００４８】またガス化炉に、蒸気加熱装置を複数個設
置して、導出弁及び供給弁を開閉させるタイミングをず
らすように制御すると、ガス化炉に供給される蒸気の温
度を略平坦にして安定させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。
【図２】交換型蓄熱熱交換器の一例を示す斜視図であ
る。
【図３】本発明を実施する形態の他の例を示すブロック
図である。
【図４】従来の部分酸化のガス化装置の一例を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
１ ガス化炉 ２ 燃料 ３ 酸化剤（Ｏ2） ４ 高温生成ガス １６ 蒸気加熱装置 １７ 第１の交換型蓄熱熱交換器 １８ 第２の交換型蓄熱熱交換器 ２２ 蒸気 ２３ 導出管 ２４ 導出弁 ２５ 導出弁 ２６ 高温生成ガス導出管 ２７ 供給管 ２８ 供給弁 ２９ 供給弁 ３０ 蒸気供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 良一 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 保田 力 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス化炉に、炭化水素系の燃料と、酸化
    剤と、蒸気とを供給することにより反応温度に加熱して
    部分酸化により生成した水素ガスを含む高温生成ガスを
    導出するようにしている部分酸化のガス化装置であっ
    て、ガス化炉に一端が連通するように接続された第１の
    交換型蓄熱熱交換器及び第２の交換型蓄熱熱交換器と、
    該第１の交換型蓄熱熱交換器及び第２の交換型蓄熱熱交
    換器の他端同士を連通し且つ途中に２個の導出弁を備え
    た導出管と、該導出管における導出弁相互間に接続され
    た高温生成ガス導出管と、前記第１の交換型蓄熱熱交換
    器及び第２の交換型蓄熱熱交換器の他端同士を連通し且
    つ途中に２個の供給弁を備えた供給管と、該供給管にお
    ける供給弁相互間に接続した蒸気供給管と、前記第１の
    交換型蓄熱熱交換器と第２の交換型蓄熱熱交換器の一方
    から高温生成ガスを取り出している時に他方から蒸気を
    供給するように前記導出弁及び供給弁の開閉を切替制御
    する制御器と、からなる蒸気加熱装置を備えたことを特
    徴とする部分酸化のガス化装置。
  2. 【請求項２】 蒸気加熱装置をガス化炉に複数設置した
    ことを特徴とする請求項１に記載の部分酸化のガス化装
    置。
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