ガス化ガス精製システム
【課題】油水分離装置の構成を工夫することで、処理水からアンモニアを簡易に除去する。
【解決手段】ガス化ガス精製システム１００は、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔２１４と、貯留部３５２と、貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、貯留部に油混合水を供給する供給管３５８と、貯留部の上縁部に設けられ、油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口３８４と、貯留部の下部かつ供給管の下方に設けられ、油混合水から沈降分離され貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口３８６と、供給管の近傍にガスを噴射して油混合水にガスの泡沫を導入するバブリングユニット３７０とを有する油水分離装置３５０とを備える。
【解決手段】ガス化ガス精製システム１００は、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔２１４と、貯留部３５２と、貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、貯留部に油混合水を供給する供給管３５８と、貯留部の上縁部に設けられ、油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口３８４と、貯留部の下部かつ供給管の下方に設けられ、油混合水から沈降分離され貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口３８６と、供給管の近傍にガスを噴射して油混合水にガスの泡沫を導入するバブリングユニット３７０とを有する油水分離装置３５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去するために用いられた水を精製するガス化ガス精製システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体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、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ: Integrated coal Gasification Combined Cycle）といった効率的な発電システムや、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固体原料のうち、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。
【０００３】
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。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となる。このとき、ガス化ガスを利用するシステム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、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。
【０００４】
そこで、ガス化炉で生成されたガス化ガスに水等の液体を噴霧することで、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。そして、ガス化ガスに水を噴霧することで得られるタール混合水（油混合水）を、比重（密度）の違いによって物質を分離する油水分離装置（例えば、特許文献２）に貯留し、油水分離装置において水（処理水）とタールとを分離することで、排水の浄化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４０８６２号公報
【特許文献２】特開平１０−２３５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献２のような油水分離装置において、水よりも比重が大きいタール（以下、重質タールと称する）は、油水分離装置の下部へ移動し、油水分離装置の下方に設けられた沈降油回収口から回収される。
【０００７】
一方、油水分離装置でタールが分離された処理水には、アンモニアが溶解しているため、処理水からアンモニアを除去することが要求される。したがって、ガス化ガスを精製するシステムでは、処理水からアンモニアを除去するための装置（例えば、アンモニア放散塔）を別途設けておく必要があり、システム自体の占有体積が大きくなると共にコストの増大を招いていた。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、油水分離装置の構成を工夫することで、処理水からアンモニアを簡易に除去することが可能なガス化ガス精製システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガス化ガス精製システムは、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炉と、ガス化炉で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔と、比重の違いによって物質を分離する油水分離装置であって、油混合水を貯留する貯留部と、貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、貯留部に油混合水を供給する供給管と、貯留部の上縁部に設けられ、油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口と、貯留部の下部かつ供給管の下方に設けられ、油混合水から沈降分離され貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口と、供給管の近傍にガスを噴射して油混合水にガスの泡沫を導入するバブリングユニットとを有する油水分離装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記スプレー塔は、油水分離装置の処理水回収口を通過した処理水をガス化炉で精製されたガス化ガスに噴霧してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、油水分離装置の構成を工夫することで、処理水からアンモニアを簡易に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガス化ガス精製システムを説明するための説明図である。
【図２】ガス化ガス精製装置および排水処理装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図３】油水分離装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図４】油水分離装置の外観を説明するための説明図である。
【図５】油水分離装置におけるバブリングガスおよび溶解ガスの流れを説明するための説明図である。
【図６】油水分離装置の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本明細書及び図面において、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。
【００１４】
（ガス化ガス精製システム１００）
図１は、本実施形態にかかるガス化ガス精製システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化ガス精製システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、ガス化ガス精製装置２００と、排水処理装置３００とを含んで構成される。図１中、ガスの流れを実線の矢印で、ガス化原料の流れを破線の矢印で、砂の流れを一点鎖線の矢印で、水や油等の液体の流れを白抜きの矢印で示す。
【００１５】
ガス化ガス生成装置１１０としての、例えば、二塔式の流動層ガス化炉では、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、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する。図１に示すようにガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。
【００１６】
流動媒体としての砂の流れに着目すると、燃焼炉１１２で１０００℃程度に加熱された高温の砂は、燃焼排ガスと共に媒体分離装置１１４に導入され、媒体分離装置１１４において高温の砂と、燃焼排ガスに分離される。媒体分離装置１１４で分離された高温の砂は、ガス化炉１１６に導入され、最終的に燃焼炉１１２に戻る。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。
【００１７】
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、黒液等液体原料のガス化原料を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）。ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、タール（油）、タール以外の固形物粒子（スラッジ）、水蒸気等が含まれているため、下流のガス化ガス精製装置２００に送出され、精製される。
【００１８】
なお、ここでは、循環流動層方式のガス化炉１１６を例に挙げて説明するが、ガス化原料をガス化するガス化炉であれば、単なる流動層方式のガス化炉や、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のガス化炉であってもよい。
【００１９】
（ガス化ガス精製装置２００）
図２は、ガス化ガス精製装置２００および排水処理装置３００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すようにガス化ガス精製装置２００は、改質炉（酸化改質炉）２１０と、第１熱交換器２１２と、スプレー塔２１４と、ミストセパレータ２１６と、第２熱交換器２１８とを含んで構成される。図２中、ガスの流れを破線の矢印で、水や油等の液体の流れを実線の矢印で示す。
【００２０】
改質炉２１０は、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１に酸素や空気を加え、９００〜１５００℃程度にして、ガス化ガスＸ１に含まれるタールを改質（酸化改質）する。
【００２１】
第１熱交換器２１２は、改質炉２１０で改質されたガス化ガスＸ２と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスＸ２の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスＸ２の出口温度を３００℃〜６００℃にする。
【００２２】
スプレー塔２１４は、処理対象であるガス化ガスＸ２に４０℃程度の冷却水Ｙ１をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスＸ２を７０℃程度に冷却する。これにより、ガス化ガスＸ２に含まれるタールやスラッジが凝縮し、ガス化ガスＸ２から除去され、精製ガスＸ３と油混合水Ｚ１が生成される。そして、スプレー塔２１４は、精製ガスＸ３を下流のミストセパレータ２１６に供給し、水、タールおよびスラッジで構成される油混合水Ｚ１（水温（液温）は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。
【００２３】
ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ３に、冷却水Ｙ２（水温は４０℃程度）を、スプレー塔２１４における粒径よりも小さい水滴としてスプレー噴霧する。これにより、スプレー塔２１４では、十分に分離、除去できなかった精製ガスＸ３に含まれる霧状のタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ３から除去され、精製ガスＸ４と油混合水Ｚ２が生成される。そして、ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ４を下流の第２熱交換器２１８に供給し、水、タールおよびスラッジで構成される油混合水Ｚ２（液温は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。
【００２４】
第２熱交換器２１８は、海水、ブライン等を用いて、精製ガスＸ４を３０℃以下にさらに冷却する。これにより、さらに残存したタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ４から除去され、精製ガスＸ５（精製ガス化ガス）が生成される。
【００２５】
（排水処理装置３００）
図２に示すように、排水処理装置３００は、油水分離装置（タールデカンタ）３５０と、第１バッファタンク３１０と、第１タールタンク３１２、第２タールタンク３１４と、ガス回収タンク３１６と、第１ポンプ３２０ａと、第２ポンプ３２０ｂと、第３ポンプ３２０ｃと、第４ポンプ３２０ｄと、第５ポンプ３２０ｅと、第２バッファタンク３３０と、加圧浮上槽３３２と、活性汚泥槽３３４と、最終沈殿槽３３６とを含んで構成される。
【００２６】
油水分離装置３５０は、スプレー塔２１４から送出された油混合水Ｚ１およびミストセパレータ２１６から送出された油混合水Ｚ２に含まれるタールおよびスラッジを、比重の違いによって水から分離する。本実施形態において油水分離装置３５０は、水より比重の大きい、例えば、アントラセン、フェナントレン等の三環芳香族、三環芳香族を含むアントラセン油、カルボル油、洗浄油、ピッチ等の重質タールＴ１を油水分離装置３５０の下部に沈降させる。また油水分離装置３５０は、水より比重の小さい、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール等の一環芳香族を含む軽質タール、および、ナフタレン等の二環芳香族、これらを含むナフタリン油等の中質タールで構成される軽中質タールＴ２を油水分離装置３５０の上部へ浮上させる。そして、油水分離装置３５０は、重質タールＴ１および軽中質タールＴ２が分離、除去された水である処理水Ｙ３に溶解したアンモニア等の溶解ガスＧ１と後で詳述するバブリングガスＧ２を分離してガス回収タンク３１６に送出する。続いて、油水分離装置３５０は、アンモニア等のガスが分離された処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に送出する。油水分離装置３５０の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２７】
第１バッファタンク３１０は、油水分離装置３５０において油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離された処理水Ｙ４を貯留する。また、第１バッファタンク３１０は、第１ポンプ３２０ａを通じてスプレー塔２１４に冷却水Ｙ１を供給し、第２ポンプ３２０ｂを通じてミストセパレータ２１６に冷却水Ｙ２を供給する。
【００２８】
第１タールタンク３１２は、第３ポンプ３２０ｃを通じて、油水分離装置３５０の下部から供給された重質タールＴ１を貯留する。第２タールタンク３１４は、第４ポンプ３２０ｄを通じて、油水分離装置３５０の上部から供給された軽中質タールＴ２を貯留する。ガス回収タンク３１６は、油水分離装置３５０の上部から供給された溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２を貯留する。
【００２９】
第１ポンプ３２０ａは、スプレー塔２１４における冷却水Ｙ１を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ４を汲み上げて、その処理水Ｙ４を冷却水Ｙ１としてスプレー塔２１４の噴霧部に供給する。第２ポンプ３２０ｂは、ミストセパレータ２１６における冷却水Ｙ２を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ４を汲み上げて、その処理水Ｙ４を冷却水Ｙ２としてミストセパレータ２１６の噴霧部に供給する。第３ポンプ３２０ｃは、油水分離装置３５０の下部と第１タールタンク３１２とを接続する配管の途中に設けられ、油水分離装置３５０の下部に沈降した重質タールＴ１を汲み出して第１タールタンク３１２に供給する。第４ポンプ３２０ｄは、油水分離装置３５０の上部に浮上した軽中質タールＴ２を汲み上げて第２タールタンク３１４に供給する。
【００３０】
第２バッファタンク３３０は、第２熱交換器２１８で利用された処理水Ｙ５を貯留し、加圧浮上槽３３２へ供給する。加圧浮上槽３３２は、加圧した空気を処理水Ｙ５に導入し、処理水Ｙ５に含まれるスラッジ等の浮遊物質を浮上させて除去する。活性汚泥槽３３４は、浮遊物質が除去された処理水Ｙ６に活性汚泥（好気性の微生物）を適用することで、処理水Ｙ６に含まれる有機物を分解して除去する。最終沈殿槽３３６は、活性汚泥と有機物が除去された排水Ｙ７を分離する。そして、最終沈殿槽３３６で分離された排水Ｙ８は、放流、または廃棄される。
【００３１】
このように、本実施形態にかかる排水処理装置３００によれば、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６で生成された油混合水Ｚ１、Ｚ２は、油水分離装置３５０で重質タールＴ１、軽中質タールＴ２、溶解ガスＧ１、処理水Ｙ４に分離される。以下、本実施形態において特徴的な油水分離装置３５０について説明する。
【００３２】
（油水分離装置３５０）
図３は、油水分離装置３５０の具体的な構成を説明するための説明図であり、図４は、油水分離装置３５０の外観を説明するための説明図である。図３に示すように、油水分離装置３５０は、貯留部３５２と、供給管３５８と、センターウエル３６０と、回収バッフル３６２と、バブリングユニット３７０と、浮上油回収口３８２と、処理水回収口３８４と、沈降油回収口３８６とを含んで構成される。上述したように、油水分離装置３５０は、比重の違いによって、油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タールＴ１および軽中質タールＴ２を分離し、得られた処理水Ｙ３からさらに溶解ガスＧ１を分離する。そして得られた溶解ガスＧ１をガス回収タンク３１６に供給し、処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に供給する。
【００３３】
貯留部３５２は、上部貯留部３５４と、下部貯留部３５６とを含んで構成され、油混合水Ｚ１、Ｚ２を貯留する。上部貯留部３５４は、図４に示すように、鉛直方向に伸びた円筒形状に形成され、油水分離装置３５０の設置状態において、上端は開放されており、下端には下部貯留部３５６が連接されている。本実施形態において、油水分離装置３５０における処理水Ｙ４の喫水面（図３中、一点鎖線で示す）は、上部貯留部３５４の上端となる。下部貯留部３５６は、図４に示すように、略円錐形状に形成され、油水分離装置３５０の設置状態において、水平方向の断面積が、下部貯留部３５６の上端から下端になるに従って、漸減するように形成されている。下部貯留部３５６には、後述する領域Ｒで分離された、水より比重が大きい重質タールＴ１やスラッジが沈積する。下部貯留部３５６の下端には、重質タールＴ１を第１タールタンク３１２に供給するための配管が連接されている。なお、下部貯留部３５６の安息角θは、重質タールＴ１やスラッジが容易に排出されるように適宜設定される。ここでは、例えば、４５°に設定されているとする。
【００３４】
供給管３５８は、上部貯留部３５４の中央（または中央付近）に設けられた供給口３５８ａを通じて、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２（液温は７０℃程度）を供給する。なお、供給口３５８ａは、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２を供給できれば、上部貯留部３５４のどの位置に設けられてもよい。
【００３５】
センターウエル３６０は、上部貯留部３５４と供給管３５８と同心の、鉛直方向に伸びた円筒形状であり、センターウエル３６０の水平断面の直径は、上部貯留部３５４の水平断面の直径より短く、供給管３５８の水平断面の直径よりも長く形成されている。また、図３に示すように、センターウエル３６０の下端は、供給口３５８ａよりも鉛直下方向に所定の長さだけ長く形成されている。
【００３６】
回収バッフル３６２は、上部貯留部３５４、供給管３５８およびセンターウエル３６０と同心の、鉛直方向に伸びた円筒形状であり、回収バッフル３６２の水平断面の直径は、上部貯留部３５４の水平断面の直径より短く、センターウエル３６０の水平断面の直径よりも長い。図３に示すように、回収バッフル３６２の下端は、センターウエル３６０の下端よりも鉛直上方向に所定の長さだけ短く形成されている。本実施形態において、油水分離装置３５０における軽中質タールＴ２の喫水面（図３中、一点鎖線で示す）は、回収バッフル３６２の上端となる。
【００３７】
センターウエル３６０の下方であり、回収バッフル３６２の下端の下を外周とする円盤状の領域Ｒは、油混合水Ｚ１、Ｚ２に含まれるタールおよびスラッジが鉛直方向から水平方向に流れを変えて回収バッフル３６２の直下に到達する間に、物質それぞれの比重に基づいて分離される領域である。
【００３８】
バブリングユニット３７０は、ブロワー３７２と、ノズル３７４と、噴射口３７６とを含んで構成され、ブロワー３７２は、ノズル３７４を介して、噴射口３７６から、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射して油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２の泡沫を導入（バブリング）する。図４に示す例において、ノズル３７４は、貯留部３５２の内側に突き出た形状に形成されている。また、図４に示す例において、ノズル３７４は、８個設けているが、数は任意に決定でき、制限はない。さらに、噴射口３７６は、泡沫状のバブリングガスＧ２を導入できれば、いかなる形状でもよい。
【００３９】
スプレー塔２１４やミストセパレータ２１６から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２には、ガス化ガスＸ１の主成分である水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）、不純物であるベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール等の一環芳香族を含む軽質タールや、アンモニア（ＮＨ３）等のガスが溶解している。そこで、バブリングユニット３７０が、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射して油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２の泡沫を導入することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解した水素、一酸化炭素、軽質タール、アンモニア等のガス（溶解ガスＧ１）を油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離することができる。
【００４０】
図５は、油水分離装置３５０における溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２の流れを説明するための説明図である。理解を容易にするため、図５中、紙面左側では溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２を白抜き円で示し、紙面右側では矢印で示す。供給管３５８から供給された油混合水Ｚ１、Ｚ２は、領域Ｒで、重質タールＴ１、軽中質タールＴ２、処理水Ｙ３に分けられる。その後、処理水Ｙ３は、領域Ｐに到達する。そして、図５に示すように、バブリングユニット３７０が領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射してバブリングガスＧ２の泡沫を導入するため、領域Ｐにおいて、処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１が分離される。溶解ガスＧ１は、バブリングユニット３７０によって導入されたバブリングガスＧ２とともに、後述する溶解ガス回収口３８０を通過し、ガス回収タンク３１６に送出される。
【００４１】
なお、ガス回収タンク３１６の下流で水素や一酸化炭素を取り出し、燃焼炉１１２に供給することもできる。これにより、従来は、活性炭等によって吸着させ、廃棄していた水素や一酸化炭素を燃料ガスとして利用することができ、ガス化ガス生成装置１１０の効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
また、従来の油水分離装置では、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解したアンモニアを分離することができなかったため、油水分離装置の下流にアンモニア放散塔等のアンモニアを除去するための装置を設ける必要があったが、本実施形態の油水分離装置３５０は、油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２を噴射することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解したアンモニア（溶解ガスＧ１）を除去することができるので、別途アンモニアを除去するための装置（従来は、加圧浮上槽３３２の下流に設けられていた）を設ける必要がない。したがって、ガス化ガス精製システム１００自体の占有体積を小さくすることができ、ガス化ガス精製システム１００を低コストで構築することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態において、バブリングユニット３７０は、バブリングガスＧ２の泡沫（細かい泡）を油混合水Ｚ１、Ｚ２に導入することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２とバブリングガスＧ２との接触面積を大きくすることができ、油混合水Ｚ１、Ｚ２から効率よく溶解ガスＧ１を分離することが可能となる。
【００４４】
さらに、本実施形態にかかる油水分離装置３５０では、溶解ガスＧ１として、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解した軽質タール（有機化合物）を分離することができるため、活性汚泥槽３３４の負荷を低減することができる。
【００４５】
なお、本実施形態において、噴射口３７６は、回収バッフル３６２の下方に設けられ、領域Ｒの上方であり、上部貯留部３５４の内周部とセンターウエル３６０の外周部との間に形成されるリング状の領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射する。かかる構成により、領域Ｒにおける比重差に基づく分離を妨げることなく、領域Ｒで分離された処理水Ｙ３にのみバブリングガスＧ２を供給することが可能となる。溶解ガスＧ１は、油混合水Ｚ１、Ｚ２の中で、特に処理水Ｙ３に多く溶解しているため、領域Ｒで分離された処理水Ｙ３にのみバブリングガスＧ２を供給することで、効率よく溶解ガスＧ１を分離することができる。
【００４６】
ところで、本実施形態において、ブロワー３７２は、供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の流量に応じた流量で、ノズル３７４を介して噴射口３７６から、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射する。例えば、供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の流量が５Ｎｍ３／ｈである場合、ブロワー３７２は、３７０００Ｎｍ３／ｈ程度のバブリングガスＧ２を噴射する。そうすると、上述したように供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の液温は７０℃程度であるため、油混合水Ｚ１、Ｚ２が有する熱とあいまって、アンモニアを効率よく除去することができ、バブリング後の処理水Ｙ４のアンモニアの濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減することが可能となる。
【００４７】
また、バブリングユニット３７０が噴射するバブリングガスＧ２は、窒素、アルゴン等の不活性ガス、空気等の不活性ガスの混合気体、または油混合水Ｚ１、Ｚ２に対する溶解度が小さい気体であるとよい。これにより、油混合水Ｚ１、Ｚ２を変質させる（例えば、ｐＨが下がる）ことなく、油混合水Ｚ１、Ｚ２から溶解ガスＧ１を分離することができる。
【００４８】
図６は、油水分離装置３５０の他の例を説明するための説明図である。バブリングユニット３７０の噴射口３７６は、領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射できればよく、例えば、図６に示すように、上部貯留部３５４の内周面に設けられてもよい。
【００４９】
溶解ガス回収口３８０は、回収バッフル３６２の上方に設けられ、領域Ｐにおいて分離された溶解ガスＧ１がバブリングガスＧ２とともに通過する。溶解ガス回収口３８０には、溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２をガス回収タンク３１６に供給するための配管が連接されている。したがって、溶解ガス回収口３８０を通過した溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２は、第５ポンプ３２０ｅで吸引されて、ガス回収タンク３１６に貯留される。
【００５０】
浮上油回収口３８２は、センターウエル３６０の外周部と、回収バッフル３６２の内周部との間に形成され、領域Ｒにおいて分離された水より比重の小さい軽中質タールＴ２が通過する。浮上油回収口３８２には、軽中質タールＴ２を第２タールタンク３１４に供給するための配管が連接されている。したがって、浮上油回収口３８２を通過した軽中質タールＴ２は、回収バッフル３６２の上縁（上端）から越流し、第４ポンプ３２０ｄで汲み上げられて、第２タールタンク３１４に貯留される。
【００５１】
処理水回収口３８４は、上部貯留部３５４の上縁部と、回収バッフル３６２の外周部との間に形成され、油混合水Ｚ１、Ｚ２から浮上分離され、かつ、溶解ガスＧ１が除去された処理水Ｙ４が通過する。すなわち、貯留部３５２の領域Ｒで分離された処理水Ｙ３は、領域Ｐでさらに溶解ガスＧ１が除去され、その後、上部貯留部３５４の上縁（上端）から越流し、処理水回収口３８４を通過する。処理水回収口３８４には、処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に供給するための配管が連接されている。処理水回収口３８４を通過した処理水Ｙ４は、第１バッファタンク３１０に貯留され、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６に供給される。
【００５２】
従来の油水分離装置では、スプレー塔およびミストセパレータで噴霧する処理水のアンモニア含有量を低減するために、油水分離装置の下流のみならず、第２熱交換器の下流にもアンモニア放散塔を別途備える必要があった。しかし、本実施形態にかかる油水分離装置３５０は、バブリングユニット３７０によって処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１を除去することができるので、溶解ガスＧ１が除去された処理水Ｙ４をスプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６に供給することが可能となる。これにより、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６において、ガス化ガスＸ２および精製ガスＸ３からアンモニアを十分に回収することができる。
【００５３】
したがって、第２熱交換器２１８の下流に、別途アンモニアを除去するための装置を設ける必要がなくなり、ガス化ガス精製システム１００自体の占有体積をさらに小さくすることができ、ガス化ガス精製システム１００を低コストで構築することが可能となる。
【００５４】
沈降油回収口３８６は、下部貯留部３５６の下部かつ供給管３５８の下方に設けられ、油混合水Ｚ１、Ｚ２から沈降分離され、下部貯留部３５６の下部に沈積した油（重質タールＴ１）が通過する。沈降油回収口３８６には、重質タールＴ１を第１タールタンク３１２に供給するための配管が連接されている。沈降油回収口３８６を通過した重質タールＴ１は、第３ポンプ３２０ｃで汲み出されて、第１タールタンク３１２に貯留される。
【００５５】
以上説明したように本実施形態にかかる油水分離装置３５０によれば、バブリングユニット３７０が処理水Ｙ３にバブリングガスＧ２を噴霧して、処理水Ｙ３にバブリングガスＧ２の泡沫を導入することで、処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１を分離することができる。したがって、油水分離装置３５０の下流に溶解ガスＧ１（アンモニア）を除去するための装置を設ける必要がなくなり、溶解ガスＧ１（水素、一酸化炭素）を吸着させるための物質を用意する必要がなくなる。さらに、溶解ガスＧ１（軽質タール）を分解する活性汚泥槽３３４の負荷を低減することができる。
【００５６】
したがって、本実施形態にかかる油水分離装置３５０は、（１）油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タール、中質タール、軽質タールを除去する機能、（２）油混合水Ｚ１、Ｚ２からアンモニアを除去する機能、（３）油混合水Ｚ１、Ｚ２から水素や一酸化炭素を除去する機能といった３つの機能を有することができる。
【００５７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去するために用いられた水を精製する油水分離装置およびガス化ガス精製装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００ …ガス化ガス精製システム
１１６ …ガス化炉
２００ …ガス化ガス精製装置
２１４ …スプレー塔
２１６ …ミストセパレータ
３５０ …油水分離装置
３５２ …貯留部
３５８ …供給管
３７０ …バブリングユニット
３７２ …ブロワー
３７４ …ノズル
３７６ …噴射口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去するために用いられた水を精製するガス化ガス精製システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体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、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ: Integrated coal Gasification Combined Cycle）といった効率的な発電システムや、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固体原料のうち、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。
【０００３】
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。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となる。このとき、ガス化ガスを利用するシステム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、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。
【０００４】
そこで、ガス化炉で生成されたガス化ガスに水等の液体を噴霧することで、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。そして、ガス化ガスに水を噴霧することで得られるタール混合水（油混合水）を、比重（密度）の違いによって物質を分離する油水分離装置（例えば、特許文献２）に貯留し、油水分離装置において水（処理水）とタールとを分離することで、排水の浄化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４０８６２号公報
【特許文献２】特開平１０−２３５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献２のような油水分離装置において、水よりも比重が大きいタール（以下、重質タールと称する）は、油水分離装置の下部へ移動し、油水分離装置の下方に設けられた沈降油回収口から回収される。
【０００７】
一方、油水分離装置でタールが分離された処理水には、アンモニアが溶解しているため、処理水からアンモニアを除去することが要求される。したがって、ガス化ガスを精製するシステムでは、処理水からアンモニアを除去するための装置（例えば、アンモニア放散塔）を別途設けておく必要があり、システム自体の占有体積が大きくなると共にコストの増大を招いていた。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、油水分離装置の構成を工夫することで、処理水からアンモニアを簡易に除去することが可能なガス化ガス精製システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガス化ガス精製システムは、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炉と、ガス化炉で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔と、比重の違いによって物質を分離する油水分離装置であって、油混合水を貯留する貯留部と、貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、貯留部に油混合水を供給する供給管と、貯留部の上縁部に設けられ、油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口と、貯留部の下部かつ供給管の下方に設けられ、油混合水から沈降分離され貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口と、供給管の近傍にガスを噴射して油混合水にガスの泡沫を導入するバブリングユニットとを有する油水分離装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記スプレー塔は、油水分離装置の処理水回収口を通過した処理水をガス化炉で精製されたガス化ガスに噴霧してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、油水分離装置の構成を工夫することで、処理水からアンモニアを簡易に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガス化ガス精製システムを説明するための説明図である。
【図２】ガス化ガス精製装置および排水処理装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図３】油水分離装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図４】油水分離装置の外観を説明するための説明図である。
【図５】油水分離装置におけるバブリングガスおよび溶解ガスの流れを説明するための説明図である。
【図６】油水分離装置の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本明細書及び図面において、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。
【００１４】
（ガス化ガス精製システム１００）
図１は、本実施形態にかかるガス化ガス精製システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化ガス精製システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、ガス化ガス精製装置２００と、排水処理装置３００とを含んで構成される。図１中、ガスの流れを実線の矢印で、ガス化原料の流れを破線の矢印で、砂の流れを一点鎖線の矢印で、水や油等の液体の流れを白抜きの矢印で示す。
【００１５】
ガス化ガス生成装置１１０としての、例えば、二塔式の流動層ガス化炉では、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、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する。図１に示すようにガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。
【００１６】
流動媒体としての砂の流れに着目すると、燃焼炉１１２で１０００℃程度に加熱された高温の砂は、燃焼排ガスと共に媒体分離装置１１４に導入され、媒体分離装置１１４において高温の砂と、燃焼排ガスに分離される。媒体分離装置１１４で分離された高温の砂は、ガス化炉１１６に導入され、最終的に燃焼炉１１２に戻る。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。
【００１７】
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、黒液等液体原料のガス化原料を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）。ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、タール（油）、タール以外の固形物粒子（スラッジ）、水蒸気等が含まれているため、下流のガス化ガス精製装置２００に送出され、精製される。
【００１８】
なお、ここでは、循環流動層方式のガス化炉１１６を例に挙げて説明するが、ガス化原料をガス化するガス化炉であれば、単なる流動層方式のガス化炉や、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のガス化炉であってもよい。
【００１９】
（ガス化ガス精製装置２００）
図２は、ガス化ガス精製装置２００および排水処理装置３００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すようにガス化ガス精製装置２００は、改質炉（酸化改質炉）２１０と、第１熱交換器２１２と、スプレー塔２１４と、ミストセパレータ２１６と、第２熱交換器２１８とを含んで構成される。図２中、ガスの流れを破線の矢印で、水や油等の液体の流れを実線の矢印で示す。
【００２０】
改質炉２１０は、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１に酸素や空気を加え、９００〜１５００℃程度にして、ガス化ガスＸ１に含まれるタールを改質（酸化改質）する。
【００２１】
第１熱交換器２１２は、改質炉２１０で改質されたガス化ガスＸ２と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスＸ２の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスＸ２の出口温度を３００℃〜６００℃にする。
【００２２】
スプレー塔２１４は、処理対象であるガス化ガスＸ２に４０℃程度の冷却水Ｙ１をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスＸ２を７０℃程度に冷却する。これにより、ガス化ガスＸ２に含まれるタールやスラッジが凝縮し、ガス化ガスＸ２から除去され、精製ガスＸ３と油混合水Ｚ１が生成される。そして、スプレー塔２１４は、精製ガスＸ３を下流のミストセパレータ２１６に供給し、水、タールおよびスラッジで構成される油混合水Ｚ１（水温（液温）は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。
【００２３】
ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ３に、冷却水Ｙ２（水温は４０℃程度）を、スプレー塔２１４における粒径よりも小さい水滴としてスプレー噴霧する。これにより、スプレー塔２１４では、十分に分離、除去できなかった精製ガスＸ３に含まれる霧状のタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ３から除去され、精製ガスＸ４と油混合水Ｚ２が生成される。そして、ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ４を下流の第２熱交換器２１８に供給し、水、タールおよびスラッジで構成される油混合水Ｚ２（液温は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。
【００２４】
第２熱交換器２１８は、海水、ブライン等を用いて、精製ガスＸ４を３０℃以下にさらに冷却する。これにより、さらに残存したタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ４から除去され、精製ガスＸ５（精製ガス化ガス）が生成される。
【００２５】
（排水処理装置３００）
図２に示すように、排水処理装置３００は、油水分離装置（タールデカンタ）３５０と、第１バッファタンク３１０と、第１タールタンク３１２、第２タールタンク３１４と、ガス回収タンク３１６と、第１ポンプ３２０ａと、第２ポンプ３２０ｂと、第３ポンプ３２０ｃと、第４ポンプ３２０ｄと、第５ポンプ３２０ｅと、第２バッファタンク３３０と、加圧浮上槽３３２と、活性汚泥槽３３４と、最終沈殿槽３３６とを含んで構成される。
【００２６】
油水分離装置３５０は、スプレー塔２１４から送出された油混合水Ｚ１およびミストセパレータ２１６から送出された油混合水Ｚ２に含まれるタールおよびスラッジを、比重の違いによって水から分離する。本実施形態において油水分離装置３５０は、水より比重の大きい、例えば、アントラセン、フェナントレン等の三環芳香族、三環芳香族を含むアントラセン油、カルボル油、洗浄油、ピッチ等の重質タールＴ１を油水分離装置３５０の下部に沈降させる。また油水分離装置３５０は、水より比重の小さい、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール等の一環芳香族を含む軽質タール、および、ナフタレン等の二環芳香族、これらを含むナフタリン油等の中質タールで構成される軽中質タールＴ２を油水分離装置３５０の上部へ浮上させる。そして、油水分離装置３５０は、重質タールＴ１および軽中質タールＴ２が分離、除去された水である処理水Ｙ３に溶解したアンモニア等の溶解ガスＧ１と後で詳述するバブリングガスＧ２を分離してガス回収タンク３１６に送出する。続いて、油水分離装置３５０は、アンモニア等のガスが分離された処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に送出する。油水分離装置３５０の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２７】
第１バッファタンク３１０は、油水分離装置３５０において油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離された処理水Ｙ４を貯留する。また、第１バッファタンク３１０は、第１ポンプ３２０ａを通じてスプレー塔２１４に冷却水Ｙ１を供給し、第２ポンプ３２０ｂを通じてミストセパレータ２１６に冷却水Ｙ２を供給する。
【００２８】
第１タールタンク３１２は、第３ポンプ３２０ｃを通じて、油水分離装置３５０の下部から供給された重質タールＴ１を貯留する。第２タールタンク３１４は、第４ポンプ３２０ｄを通じて、油水分離装置３５０の上部から供給された軽中質タールＴ２を貯留する。ガス回収タンク３１６は、油水分離装置３５０の上部から供給された溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２を貯留する。
【００２９】
第１ポンプ３２０ａは、スプレー塔２１４における冷却水Ｙ１を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ４を汲み上げて、その処理水Ｙ４を冷却水Ｙ１としてスプレー塔２１４の噴霧部に供給する。第２ポンプ３２０ｂは、ミストセパレータ２１６における冷却水Ｙ２を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ４を汲み上げて、その処理水Ｙ４を冷却水Ｙ２としてミストセパレータ２１６の噴霧部に供給する。第３ポンプ３２０ｃは、油水分離装置３５０の下部と第１タールタンク３１２とを接続する配管の途中に設けられ、油水分離装置３５０の下部に沈降した重質タールＴ１を汲み出して第１タールタンク３１２に供給する。第４ポンプ３２０ｄは、油水分離装置３５０の上部に浮上した軽中質タールＴ２を汲み上げて第２タールタンク３１４に供給する。
【００３０】
第２バッファタンク３３０は、第２熱交換器２１８で利用された処理水Ｙ５を貯留し、加圧浮上槽３３２へ供給する。加圧浮上槽３３２は、加圧した空気を処理水Ｙ５に導入し、処理水Ｙ５に含まれるスラッジ等の浮遊物質を浮上させて除去する。活性汚泥槽３３４は、浮遊物質が除去された処理水Ｙ６に活性汚泥（好気性の微生物）を適用することで、処理水Ｙ６に含まれる有機物を分解して除去する。最終沈殿槽３３６は、活性汚泥と有機物が除去された排水Ｙ７を分離する。そして、最終沈殿槽３３６で分離された排水Ｙ８は、放流、または廃棄される。
【００３１】
このように、本実施形態にかかる排水処理装置３００によれば、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６で生成された油混合水Ｚ１、Ｚ２は、油水分離装置３５０で重質タールＴ１、軽中質タールＴ２、溶解ガスＧ１、処理水Ｙ４に分離される。以下、本実施形態において特徴的な油水分離装置３５０について説明する。
【００３２】
（油水分離装置３５０）
図３は、油水分離装置３５０の具体的な構成を説明するための説明図であり、図４は、油水分離装置３５０の外観を説明するための説明図である。図３に示すように、油水分離装置３５０は、貯留部３５２と、供給管３５８と、センターウエル３６０と、回収バッフル３６２と、バブリングユニット３７０と、浮上油回収口３８２と、処理水回収口３８４と、沈降油回収口３８６とを含んで構成される。上述したように、油水分離装置３５０は、比重の違いによって、油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タールＴ１および軽中質タールＴ２を分離し、得られた処理水Ｙ３からさらに溶解ガスＧ１を分離する。そして得られた溶解ガスＧ１をガス回収タンク３１６に供給し、処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に供給する。
【００３３】
貯留部３５２は、上部貯留部３５４と、下部貯留部３５６とを含んで構成され、油混合水Ｚ１、Ｚ２を貯留する。上部貯留部３５４は、図４に示すように、鉛直方向に伸びた円筒形状に形成され、油水分離装置３５０の設置状態において、上端は開放されており、下端には下部貯留部３５６が連接されている。本実施形態において、油水分離装置３５０における処理水Ｙ４の喫水面（図３中、一点鎖線で示す）は、上部貯留部３５４の上端となる。下部貯留部３５６は、図４に示すように、略円錐形状に形成され、油水分離装置３５０の設置状態において、水平方向の断面積が、下部貯留部３５６の上端から下端になるに従って、漸減するように形成されている。下部貯留部３５６には、後述する領域Ｒで分離された、水より比重が大きい重質タールＴ１やスラッジが沈積する。下部貯留部３５６の下端には、重質タールＴ１を第１タールタンク３１２に供給するための配管が連接されている。なお、下部貯留部３５６の安息角θは、重質タールＴ１やスラッジが容易に排出されるように適宜設定される。ここでは、例えば、４５°に設定されているとする。
【００３４】
供給管３５８は、上部貯留部３５４の中央（または中央付近）に設けられた供給口３５８ａを通じて、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２（液温は７０℃程度）を供給する。なお、供給口３５８ａは、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２を供給できれば、上部貯留部３５４のどの位置に設けられてもよい。
【００３５】
センターウエル３６０は、上部貯留部３５４と供給管３５８と同心の、鉛直方向に伸びた円筒形状であり、センターウエル３６０の水平断面の直径は、上部貯留部３５４の水平断面の直径より短く、供給管３５８の水平断面の直径よりも長く形成されている。また、図３に示すように、センターウエル３６０の下端は、供給口３５８ａよりも鉛直下方向に所定の長さだけ長く形成されている。
【００３６】
回収バッフル３６２は、上部貯留部３５４、供給管３５８およびセンターウエル３６０と同心の、鉛直方向に伸びた円筒形状であり、回収バッフル３６２の水平断面の直径は、上部貯留部３５４の水平断面の直径より短く、センターウエル３６０の水平断面の直径よりも長い。図３に示すように、回収バッフル３６２の下端は、センターウエル３６０の下端よりも鉛直上方向に所定の長さだけ短く形成されている。本実施形態において、油水分離装置３５０における軽中質タールＴ２の喫水面（図３中、一点鎖線で示す）は、回収バッフル３６２の上端となる。
【００３７】
センターウエル３６０の下方であり、回収バッフル３６２の下端の下を外周とする円盤状の領域Ｒは、油混合水Ｚ１、Ｚ２に含まれるタールおよびスラッジが鉛直方向から水平方向に流れを変えて回収バッフル３６２の直下に到達する間に、物質それぞれの比重に基づいて分離される領域である。
【００３８】
バブリングユニット３７０は、ブロワー３７２と、ノズル３７４と、噴射口３７６とを含んで構成され、ブロワー３７２は、ノズル３７４を介して、噴射口３７６から、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射して油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２の泡沫を導入（バブリング）する。図４に示す例において、ノズル３７４は、貯留部３５２の内側に突き出た形状に形成されている。また、図４に示す例において、ノズル３７４は、８個設けているが、数は任意に決定でき、制限はない。さらに、噴射口３７６は、泡沫状のバブリングガスＧ２を導入できれば、いかなる形状でもよい。
【００３９】
スプレー塔２１４やミストセパレータ２１６から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２には、ガス化ガスＸ１の主成分である水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）、不純物であるベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール等の一環芳香族を含む軽質タールや、アンモニア（ＮＨ３）等のガスが溶解している。そこで、バブリングユニット３７０が、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射して油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２の泡沫を導入することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解した水素、一酸化炭素、軽質タール、アンモニア等のガス（溶解ガスＧ１）を油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離することができる。
【００４０】
図５は、油水分離装置３５０における溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２の流れを説明するための説明図である。理解を容易にするため、図５中、紙面左側では溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２を白抜き円で示し、紙面右側では矢印で示す。供給管３５８から供給された油混合水Ｚ１、Ｚ２は、領域Ｒで、重質タールＴ１、軽中質タールＴ２、処理水Ｙ３に分けられる。その後、処理水Ｙ３は、領域Ｐに到達する。そして、図５に示すように、バブリングユニット３７０が領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射してバブリングガスＧ２の泡沫を導入するため、領域Ｐにおいて、処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１が分離される。溶解ガスＧ１は、バブリングユニット３７０によって導入されたバブリングガスＧ２とともに、後述する溶解ガス回収口３８０を通過し、ガス回収タンク３１６に送出される。
【００４１】
なお、ガス回収タンク３１６の下流で水素や一酸化炭素を取り出し、燃焼炉１１２に供給することもできる。これにより、従来は、活性炭等によって吸着させ、廃棄していた水素や一酸化炭素を燃料ガスとして利用することができ、ガス化ガス生成装置１１０の効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
また、従来の油水分離装置では、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解したアンモニアを分離することができなかったため、油水分離装置の下流にアンモニア放散塔等のアンモニアを除去するための装置を設ける必要があったが、本実施形態の油水分離装置３５０は、油混合水Ｚ１、Ｚ２にバブリングガスＧ２を噴射することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解したアンモニア（溶解ガスＧ１）を除去することができるので、別途アンモニアを除去するための装置（従来は、加圧浮上槽３３２の下流に設けられていた）を設ける必要がない。したがって、ガス化ガス精製システム１００自体の占有体積を小さくすることができ、ガス化ガス精製システム１００を低コストで構築することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態において、バブリングユニット３７０は、バブリングガスＧ２の泡沫（細かい泡）を油混合水Ｚ１、Ｚ２に導入することで、油混合水Ｚ１、Ｚ２とバブリングガスＧ２との接触面積を大きくすることができ、油混合水Ｚ１、Ｚ２から効率よく溶解ガスＧ１を分離することが可能となる。
【００４４】
さらに、本実施形態にかかる油水分離装置３５０では、溶解ガスＧ１として、油混合水Ｚ１、Ｚ２に溶解した軽質タール（有機化合物）を分離することができるため、活性汚泥槽３３４の負荷を低減することができる。
【００４５】
なお、本実施形態において、噴射口３７６は、回収バッフル３６２の下方に設けられ、領域Ｒの上方であり、上部貯留部３５４の内周部とセンターウエル３６０の外周部との間に形成されるリング状の領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射する。かかる構成により、領域Ｒにおける比重差に基づく分離を妨げることなく、領域Ｒで分離された処理水Ｙ３にのみバブリングガスＧ２を供給することが可能となる。溶解ガスＧ１は、油混合水Ｚ１、Ｚ２の中で、特に処理水Ｙ３に多く溶解しているため、領域Ｒで分離された処理水Ｙ３にのみバブリングガスＧ２を供給することで、効率よく溶解ガスＧ１を分離することができる。
【００４６】
ところで、本実施形態において、ブロワー３７２は、供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の流量に応じた流量で、ノズル３７４を介して噴射口３７６から、供給管３５８の近傍にバブリングガスＧ２を噴射する。例えば、供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の流量が５Ｎｍ３／ｈである場合、ブロワー３７２は、３７０００Ｎｍ３／ｈ程度のバブリングガスＧ２を噴射する。そうすると、上述したように供給管３５８から供給される油混合水Ｚ１、Ｚ２の液温は７０℃程度であるため、油混合水Ｚ１、Ｚ２が有する熱とあいまって、アンモニアを効率よく除去することができ、バブリング後の処理水Ｙ４のアンモニアの濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減することが可能となる。
【００４７】
また、バブリングユニット３７０が噴射するバブリングガスＧ２は、窒素、アルゴン等の不活性ガス、空気等の不活性ガスの混合気体、または油混合水Ｚ１、Ｚ２に対する溶解度が小さい気体であるとよい。これにより、油混合水Ｚ１、Ｚ２を変質させる（例えば、ｐＨが下がる）ことなく、油混合水Ｚ１、Ｚ２から溶解ガスＧ１を分離することができる。
【００４８】
図６は、油水分離装置３５０の他の例を説明するための説明図である。バブリングユニット３７０の噴射口３７６は、領域ＰにバブリングガスＧ２を噴射できればよく、例えば、図６に示すように、上部貯留部３５４の内周面に設けられてもよい。
【００４９】
溶解ガス回収口３８０は、回収バッフル３６２の上方に設けられ、領域Ｐにおいて分離された溶解ガスＧ１がバブリングガスＧ２とともに通過する。溶解ガス回収口３８０には、溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２をガス回収タンク３１６に供給するための配管が連接されている。したがって、溶解ガス回収口３８０を通過した溶解ガスＧ１およびバブリングガスＧ２は、第５ポンプ３２０ｅで吸引されて、ガス回収タンク３１６に貯留される。
【００５０】
浮上油回収口３８２は、センターウエル３６０の外周部と、回収バッフル３６２の内周部との間に形成され、領域Ｒにおいて分離された水より比重の小さい軽中質タールＴ２が通過する。浮上油回収口３８２には、軽中質タールＴ２を第２タールタンク３１４に供給するための配管が連接されている。したがって、浮上油回収口３８２を通過した軽中質タールＴ２は、回収バッフル３６２の上縁（上端）から越流し、第４ポンプ３２０ｄで汲み上げられて、第２タールタンク３１４に貯留される。
【００５１】
処理水回収口３８４は、上部貯留部３５４の上縁部と、回収バッフル３６２の外周部との間に形成され、油混合水Ｚ１、Ｚ２から浮上分離され、かつ、溶解ガスＧ１が除去された処理水Ｙ４が通過する。すなわち、貯留部３５２の領域Ｒで分離された処理水Ｙ３は、領域Ｐでさらに溶解ガスＧ１が除去され、その後、上部貯留部３５４の上縁（上端）から越流し、処理水回収口３８４を通過する。処理水回収口３８４には、処理水Ｙ４を第１バッファタンク３１０に供給するための配管が連接されている。処理水回収口３８４を通過した処理水Ｙ４は、第１バッファタンク３１０に貯留され、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６に供給される。
【００５２】
従来の油水分離装置では、スプレー塔およびミストセパレータで噴霧する処理水のアンモニア含有量を低減するために、油水分離装置の下流のみならず、第２熱交換器の下流にもアンモニア放散塔を別途備える必要があった。しかし、本実施形態にかかる油水分離装置３５０は、バブリングユニット３７０によって処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１を除去することができるので、溶解ガスＧ１が除去された処理水Ｙ４をスプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６に供給することが可能となる。これにより、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６において、ガス化ガスＸ２および精製ガスＸ３からアンモニアを十分に回収することができる。
【００５３】
したがって、第２熱交換器２１８の下流に、別途アンモニアを除去するための装置を設ける必要がなくなり、ガス化ガス精製システム１００自体の占有体積をさらに小さくすることができ、ガス化ガス精製システム１００を低コストで構築することが可能となる。
【００５４】
沈降油回収口３８６は、下部貯留部３５６の下部かつ供給管３５８の下方に設けられ、油混合水Ｚ１、Ｚ２から沈降分離され、下部貯留部３５６の下部に沈積した油（重質タールＴ１）が通過する。沈降油回収口３８６には、重質タールＴ１を第１タールタンク３１２に供給するための配管が連接されている。沈降油回収口３８６を通過した重質タールＴ１は、第３ポンプ３２０ｃで汲み出されて、第１タールタンク３１２に貯留される。
【００５５】
以上説明したように本実施形態にかかる油水分離装置３５０によれば、バブリングユニット３７０が処理水Ｙ３にバブリングガスＧ２を噴霧して、処理水Ｙ３にバブリングガスＧ２の泡沫を導入することで、処理水Ｙ３から溶解ガスＧ１を分離することができる。したがって、油水分離装置３５０の下流に溶解ガスＧ１（アンモニア）を除去するための装置を設ける必要がなくなり、溶解ガスＧ１（水素、一酸化炭素）を吸着させるための物質を用意する必要がなくなる。さらに、溶解ガスＧ１（軽質タール）を分解する活性汚泥槽３３４の負荷を低減することができる。
【００５６】
したがって、本実施形態にかかる油水分離装置３５０は、（１）油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タール、中質タール、軽質タールを除去する機能、（２）油混合水Ｚ１、Ｚ２からアンモニアを除去する機能、（３）油混合水Ｚ１、Ｚ２から水素や一酸化炭素を除去する機能といった３つの機能を有することができる。
【００５７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ガス化ガスに含まれるタール等の粒子を除去するために用いられた水を精製する油水分離装置およびガス化ガス精製装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００ …ガス化ガス精製システム
１１６ …ガス化炉
２００ …ガス化ガス精製装置
２１４ …スプレー塔
２１６ …ミストセパレータ
３５０ …油水分離装置
３５２ …貯留部
３５８ …供給管
３７０ …バブリングユニット
３７２ …ブロワー
３７４ …ノズル
３７６ …噴射口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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炉と、
前記ガス化炉で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔と、
比重の違いによって物質を分離する油水分離装置であって、前記油混合水を貯留する貯留部と、該貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、該貯留部に油混合水を供給する供給管と、該貯留部の上縁部に設けられ、該油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口と、前記貯留部の下部かつ前記供給管の下方に設けられ、前記油混合水から沈降分離され前記貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口と、前記供給管の近傍にガスを噴射して前記油混合水に該ガスの泡沫を導入するバブリングユニットとを有する油水分離装置と、
を備えることを特徴とするガス化ガス精製システム。
【請求項２】
前記スプレー塔は、前記油水分離装置の処理水回収口を通過した処理水を前記ガス化炉で精製されたガス化ガスに噴霧することを特徴とする請求項１に記載のガス化ガス精製システム。
【請求項１】
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炉と、
前記ガス化炉で生成されたガス化ガスに水を噴霧し、精製ガス化ガスと油混合水を生成するスプレー塔と、
比重の違いによって物質を分離する油水分離装置であって、前記油混合水を貯留する貯留部と、該貯留部の上部に設けられた供給口を通じて、該貯留部に油混合水を供給する供給管と、該貯留部の上縁部に設けられ、該油混合水から浮上分離された処理水が通過する処理水回収口と、前記貯留部の下部かつ前記供給管の下方に設けられ、前記油混合水から沈降分離され前記貯留部の下部に沈積した重質タールが通過する沈降油回収口と、前記供給管の近傍にガスを噴射して前記油混合水に該ガスの泡沫を導入するバブリングユニットとを有する油水分離装置と、
を備えることを特徴とするガス化ガス精製システム。
【請求項２】
前記スプレー塔は、前記油水分離装置の処理水回収口を通過した処理水を前記ガス化炉で精製されたガス化ガスに噴霧することを特徴とする請求項１に記載のガス化ガス精製システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６７１８３（Ｐ２０１２−１６７１８３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９１１２（Ｐ２０１１−２９１１２）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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