WO2009116274A1 - ガス化設備のガス化炉構造 - Google Patents

Abstract

　ガス化炉２を複数のガス化炉ユニット２ａ，２ｂに分割し、その長手方向における原料及び流動媒体の流通方向上流端側下部に投入口１５ａ，１５ｂを設けると共に、前記流通方向下流端側上部に抜出口１６ａ，１６ｂを設け、抜出口１６ａと投入口１５ｂとを接続し、投入口１５ａには、原料及び媒体分離装置８からの高温の流動媒体を導き、且つ投入口１５ｂにも前記媒体分離装置８からの高温の流動媒体を導き、抜出口１６ｂは燃焼炉５に接続する。

Description

ガス化設備のガス化炉構造

　本発明は、ガス化設備のガス化炉構造に関するものである。

　従来より、燃料として、石炭、バイオマス、タイヤチップ等の原料を用い、ガス化ガスを生成するガス化設備の開発が進められている。

　図１は開発が進められているガス化設備の一例を示すものであって、該ガス化設備は、蒸気により流動媒体（硅砂、石灰石等）の流動層１を形成して投入される原料（石炭、バイオマス、タイヤチップ等）のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入管３から導入され且つ空気又は酸素等の流動用ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５から排ガス管６を介して導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し該分離した流動媒体をダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に供給するホットサイクロン等の媒体分離装置８と、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスより流動媒体を分離するホットサイクロン等の媒体分離装置９と、該媒体分離装置９で分離された流動媒体を回収する回収容器１０とを備えてなる構成を有している。

　尚、図１中、１１は前記ガス化炉２の底部へ導入される蒸気を流動層１内へ均一に吹き込むための分散板、１２は前記ガス化炉２内部における導入管３が接続される部分を下方のみが開放されるように覆うことにより、ガス化炉２内のガス化ガスが導入管３を介して燃焼炉５側へ流出したり、逆に燃焼炉５内の空気又は酸素等の流動用ガスが導入管３を介してガス化炉２側へ流入したりすることを防止するための仕切壁、１３は前記燃焼炉５の底部へ導入される流動用ガスを流動層４内へ均一に吹き込むための分散板、１４はガス化炉２及び燃焼炉５へ流動用ガスを圧送する押込通風機である。

　前述の如きガス化設備においては、通常運転時、ガス化炉２において、蒸気により流動層１が形成されており、ここに石炭、バイオマス、タイヤチップ等の原料を投入すると、該原料は水蒸気ガス化してガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に導入管３から、前記流動用ガスにより流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの燃焼排ガスは、排ガス管６を介してホットサイクロン等の媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記燃焼排ガスより流動媒体が分離され、該分離された流動媒体はダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。

　ここで、前記燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記ダウンカマー７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化炉２の高温が保持されると共に、原料の熱分解によって生成したガスや、その残渣原料が蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂］が起こり、Ｈ₂やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。

　前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、ホットサイクロン等の媒体分離装置９で流動媒体が分離され、該媒体分離装置９で分離された流動媒体は、回収容器１０に回収される。

　因みに、前記ガス化設備における通常運転中の熱不足時、即ち前記ガス化炉２において原料のガス化のための充分な熱が得られないような場合には、図１中、仮想線で示される如く、前記ガス化炉２へ供給される原料と同じ石炭、バイオマス、タイヤチップ等の燃料が補助的に前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、不足する熱を補うようになっている。又、前記ガス化設備における通常運転に到る前段階での循環予熱運転時には、前記ガス化炉２への原料の投入は行わずに、該ガス化炉２の底部から蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、図１中、仮想線で示される如く、前記石炭、バイオマス、タイヤチップ等の燃料が予熱用として前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、該燃焼炉５での燃料の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記ダウンカマー７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化設備の循環予熱が行われるようになっている。

　尚、図１に示されるようなガス化炉２と燃焼炉５とを備えたガス化設備の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００７－１１２８７２号公報

　ところで、前述の如きガス化炉２と燃焼炉５とを備えたガス化設備において、原料としての石炭等の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させるには、例えば、図２に示される如く、ガス化炉２を大きくして原料の滞留時間も長くする必要がある。

　しかしながら、図２に示される如く、ガス化炉２を大きくした場合、ガス化炉２の原料投入口から燃焼炉５に向かう方向の長さが長くなるという欠点を有していた。

　前記ガス化炉２の一方向への長大化を避けてコンパクト化するためには、例えば、図３に示される如く、前記ガス化炉２をコの字型にすることが考えられるが、構造上製作が難しくなると共に、修理・交換等も行いにくくなり、製作費や改修費が嵩むことが予想され、あまり実用的ではないと言える。

　更に、図２並びに図３に示されるガス化炉２のいずれにおいても、該ガス化炉２内部でガス化反応が進むにつれて原料の粒子径が小さくなるため、該原料は流動層１を形成する流動媒体の上層部に移動し、局所的に原料の密度が高くなるが、このように、原料がその投入口側から抜出口側に向かうにつれてその密度が前記流動層１の上層部ほど高まっていくと、原料のガス化反応は吸熱反応であることから、流動媒体温度が前記局所的に原料の密度が高まってガス化反応（吸熱反応）が進行する上層部ほど低下し、ガス化に必要な温度条件が維持できず、ガス化効率が低下する虞があった。又、前記流動層１の上層部ほど、発生したガス化ガスにより原料と蒸気並びに流動媒体との接触面積が減少し、こうした点も効率的なガス化反応には適さない状態・環境を引き起こす一因となる。

　本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス化炉を一方向へ長大化させることなく、原料の滞留時間を確保し得、且つ局所的に原料の密度が高くなることを防止し得、効率的なガス化反応環境を整えて原料の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させることができ、更に、構造を簡略化でき、修理・交換等も行いやすく、製作費や改修費の削減をも図り得るガス化設備のガス化炉構造を提供しようとするものである。

　本発明は、蒸気により流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に供給する媒体分離装置とを備えたガス化設備のガス化炉構造であって、
  前記ガス化炉を、原料及び流動媒体が順次流通していく複数のガス化炉ユニットに分割し、
  該各ガス化炉ユニットの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向上流端側下部に投入口を設けると共に、各ガス化炉ユニットの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向下流端側上部に抜出口を設け、
  前記各ガス化炉ユニットのうち上流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口とその下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口とを接続し、且つ該下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口には前記媒体分離装置からの高温の流動媒体を導き、
  前記各ガス化炉ユニットのうち最上流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口には、原料及び前記媒体分離装置からの高温の流動媒体を導き、
  前記各ガス化炉ユニットのうち最下流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口は前記燃焼炉に接続するよう構成したことを特徴とするガス化設備のガス化炉構造にかかるものである。

　上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

　最上流側に配置されるガス化炉ユニットに対しその投入口から原料及び媒体分離装置からの高温の流動媒体が投入され、該ガス化炉ユニット内部でガス化反応が進むにつれて原料の粒子径が小さくなるため、該原料は流動層を形成する流動媒体の上層部に移動するが、該流動媒体の上層部に移動した原料は流動媒体と一緒に上部に設けられた抜出口から抜き出され、その下流側に配置されるガス化炉ユニットに対しては、その下部に設けられた投入口から前記原料及び流動媒体が導入され、且つ媒体分離装置からの高温の流動媒体も導かれ、最終的に、可燃性固形分が流動媒体と共に最下流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口から燃焼炉に導かれる。

　この結果、ガス化炉ユニット内部でガス化反応が進むにつれて原料の粒子径が小さくなることに伴い、該原料が流動層を形成する流動媒体の上層部に移動しても、次のガス化炉ユニットでは流動層を形成する流動媒体の下層部に移動して拡散する形となるため、局所的に原料の密度が高くならず、しかも、媒体分離装置からの高温の流動媒体も導かれることから、ガス化に必要な温度条件が維持され、ガス化効率が低下する心配がなく、又、前記流動層の上層部ほど、発生したガス化ガスにより原料と蒸気並びに流動媒体との接触面積が減少するようなこともなくなり、効率的なガス化反応に適した状態・環境とすることが可能となる。

　更に、原料としての石炭等の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させるためにガス化炉を大きくして原料の滞留時間を長くする必要がある場合であっても、前記ガス化炉の一方向への長大化を避けてコンパクト化が可能であると共に、前記ガス化炉をコの字型にするのに比べ、個々のガス化炉ユニットは構造上製作が容易になると共に、修理・交換等も行いやすくなり、製作費や改修費が嵩むことも避けられ、実用的となる。

　前記ガス化設備のガス化炉構造においては、前記各ガス化炉ユニットを直方体とすることが、構造上製作をより容易とし、修理・交換等もより行いやすくして、製作費や改修費を抑え、実用化する上でより有効となる。

　本発明のガス化設備のガス化炉構造によれば、ガス化炉を一方向へ長大化させることなく、原料の滞留時間を確保し得、且つ局所的に原料の密度が高くなることを防止し得、効率的なガス化反応環境を整えて原料の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させることができ、更に、構造を簡略化でき、修理・交換等も行いやすく、製作費や改修費の削減をも図り得るという優れた効果を奏し得る。

開発が進められているガス化炉と燃焼炉とを備えたガス化設備の一例を示す全体概要構成図である。 一方向へ長大化されるガス化炉の一例を示す概要斜視図である。 Ｕ字型に形成されるガス化炉の一例を示す概要斜視図である。 本発明の実施例を示す概要図であって、複数（二個）のガス化炉ユニットからなるガス化炉を示す概要斜視図である。 本発明の実施例を示す概要図であって、下流側に配置されるガス化炉ユニットを示す概要斜視図である。 本発明の実施例を示す概要図であって、複数（二個）のガス化炉ユニットからなるガス化炉を示す概要平面図である。

符号の説明

　　１ａ  流動層
　　１ｂ  流動層
　　２    ガス化炉
　　２ａ  ガス化炉ユニット
　　２ｂ  ガス化炉ユニット
　　５    燃焼炉
　　７    ダウンカマー
　　８    媒体分離装置
　１５ａ  投入口
　１５ｂ  投入口
　１６ａ  抜出口
　１６ｂ  抜出口
　１７ａ  ガス化ガス抜出口
　１７ｂ  ガス化ガス抜出口

　以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

　図４ａ～図４ｃは本発明の実施例であって、図中、図１～図３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１～図３に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図４ａ～図４ｃに示す如く、前記ガス化炉２を、原料及び流動媒体が順次流通していく複数（図４ａ～図４ｃの例では二個）のガス化炉ユニット２ａ，２ｂに分割し、該各ガス化炉ユニット２ａ，２ｂの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向上流端側下部に投入口１５ａ，１５ｂを設けると共に、各ガス化炉ユニット２ａ，２ｂの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向下流端側上部に抜出口１６ａ，１６ｂを設け、前記各ガス化炉ユニット２ａ，２ｂのうち上流側に配置されるガス化炉ユニット２ａの抜出口１６ａとその下流側に配置されるガス化炉ユニット２ｂの投入口１５ｂとを接続し、上流側に配置されるガス化炉ユニット２ａの投入口１５ａには、原料及び媒体分離装置８（図１参照）からの高温の流動媒体を導き、且つ下流側に配置されるガス化炉ユニット２ｂの投入口１５ｂにも前記媒体分離装置８からの高温の流動媒体を導き、下流側に配置されるガス化炉ユニット２ｂの抜出口１６ｂは燃焼炉５（図１参照）に接続するよう構成した点にある。

　本実施例の場合、前記各ガス化炉ユニット２ａ，２ｂは直方体としてある。

　図４ａ～図４ｃ中、１ａ，１ｂはガス化炉ユニット２ａ，２ｂ内部に形成される流動層、１７ａ，１７ｂはガス化炉ユニット２ａ，２ｂの上面に設けられたガス化ガス抜出口であり、前記ガス化炉ユニット２ａ，２ｂ内部における流動層１ａ，１ｂで生成されたガス化ガスは、ガス化ガス抜出口１７ａ，１７ｂから取り出すようにしてある。

　尚、前記ガス化炉２は、二個のガス化炉ユニット２ａ，２ｂに限らず、三個以上のガス化炉ユニットに分割形成することも可能であり、前記ガス化炉２を三個以上のガス化炉ユニットに分割形成した場合には、最上流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口に、原料及び前記媒体分離装置８からの高温の流動媒体を導き、途中に配置されるガス化炉ユニットに関しては、上流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口とその下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口とを接続し、該下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口に前記媒体分離装置８からの高温の流動媒体を導き、最下流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口は前記燃焼炉５に接続するよう構成すれば良い。

　次に、上記実施例の作用を説明する。

　上流側に配置されるガス化炉ユニット２ａに対しその投入口１５ａから原料及び媒体分離装置８からの高温の流動媒体が投入され、該ガス化炉ユニット２ａ内部でガス化反応が進むにつれて原料の粒子径が小さくなるため、該原料は流動層１ａを形成する流動媒体の上層部に移動するが、該流動媒体の上層部に移動した原料は流動媒体と一緒に上部に設けられた抜出口１６ａから抜き出され、その下流側に配置されるガス化炉ユニット２ｂに対しては、その下部に設けられた投入口１５ｂから前記原料及び流動媒体が流動層１ｂに導入され、且つ媒体分離装置８からの高温の流動媒体も導かれ、最終的に、可燃性固形分が流動媒体と共に下流側に配置されるガス化炉ユニット２ｂの抜出口１６ｂから燃焼炉５に導かれる。

　この結果、ガス化炉ユニット２ａ，２ｂ内部でガス化反応が進むにつれて原料の粒子径が小さくなることに伴い、該原料が流動層１ａを形成する流動媒体の上層部に移動しても、次のガス化炉ユニット２ｂでは流動層１ｂを形成する流動媒体の下層部に移動して拡散する形となるため、局所的に原料の密度が高くならず、しかも、媒体分離装置８からの高温の流動媒体も導かれることから、ガス化に必要な温度条件が維持され、ガス化効率が低下する心配がなく、又、前記流動層１ａの上層部ほど、発生したガス化ガスにより原料と蒸気並びに流動媒体との接触面積が減少するようなこともなくなり、効率的なガス化反応に適した状態・環境とすることが可能となる。

　更に、原料としての石炭等の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させるためにガス化炉２を大きくして原料の滞留時間を長くする必要がある場合であっても、前記ガス化炉２の一方向への長大化を避けてコンパクト化が可能であると共に、前記ガス化炉２をコの字型にする（図３参照）のに比べ、本実施例のように、前記各ガス化炉ユニット２ａ，２ｂを直方体とすることが、構造上製作をより容易とし、修理・交換等もより行いやすくして、製作費や改修費を抑え、実用化する上でより有効となる。

　こうして、ガス化炉２を一方向へ長大化させることなく、原料の滞留時間を確保し得、且つ局所的に原料の密度が高くなることを防止し得、効率的なガス化反応環境を整えて原料の処理量及びガス化ガスの発生量を増大させることができ、更に、構造を簡略化でき、修理・交換等も行いやすく、製作費や改修費の削減をも図り得る。
　尚、本発明のガス化設備のガス化炉構造は、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。

Claims (2)

1. 　蒸気により流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に供給する媒体分離装置とを備えたガス化設備のガス化炉構造であって、
     前記ガス化炉を、原料及び流動媒体が順次流通していく複数のガス化炉ユニットに分割し、
     該各ガス化炉ユニットの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向上流端側下部に投入口を設けると共に、各ガス化炉ユニットの長手方向における原料及び流動媒体の流通方向下流端側上部に抜出口を設け、
     前記各ガス化炉ユニットのうち上流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口とその下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口とを接続し、且つ該下流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口には前記媒体分離装置からの高温の流動媒体を導き、
     前記各ガス化炉ユニットのうち最上流側に配置されるガス化炉ユニットの投入口には、原料及び前記媒体分離装置からの高温の流動媒体を導き、
     前記各ガス化炉ユニットのうち最下流側に配置されるガス化炉ユニットの抜出口は前記燃焼炉に接続するよう構成したことを特徴とするガス化設備のガス化炉構造。
2. 　前記各ガス化炉ユニットを直方体とした請求項１記載のガス化設備のガス化炉構造。

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