ガス化システムにおけるガス化炉への触媒供給方法
【課題】 炭化水素資源の燃料のガス化システムにおいて、石灰石又はドロマイト等のガス化触媒の前処理を簡易な手法で実施できるとともに、高効率でガスを得ることが可能なガス化システムを提供する。
【解決手段】 石灰石（ＣａＣＯ３）やドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）などをガス化触媒として利用する場合、さきに、流動層燃焼炉側へ供給して脱炭酸化（焼成）させ、焼成後の触媒（ＣａＯやＣａＯ・ＭｇＯなど）を流動層ガス化炉へ供給する。
【解決手段】 石灰石（ＣａＣＯ３）やドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）などをガス化触媒として利用する場合、さきに、流動層燃焼炉側へ供給して脱炭酸化（焼成）させ、焼成後の触媒（ＣａＯやＣａＯ・ＭｇＯなど）を流動層ガス化炉へ供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環流動層を用いて燃料より可燃ガスを取り出すためのガス化システムに係り、簡便な手法で触媒を活性化し、高効率で生成ガスを取り出すことができるガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの炭化水素資源の固体燃料を利用し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源として利用することにより、有機資源の有効活用を図るガス化システムが開発されている。
該ガス化システムの１つとして、ガス化反応炉を流動層ガス化炉と流動層燃焼炉に分離し、流動層ガス化炉に、炭化水素資源の固体燃料及び流動媒体を供給し、水蒸気でガス化を行い、生成した未燃分（チャー）と流動媒体を流動層燃焼炉で燃焼させ、加熱された流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層を用いたものが知られている（特許文献１）。
この流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を有する循環流動層ガス化システムにおいては、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すことができ、不活性ガスを含まない高カロリーなガスを製造することができる。
【０００３】
一方、特許文献２では、流動層焼却炉又は焼却炉において、流動媒体として焼成石灰石又は焼成ドロマイトを使用し、流動媒体の多孔質細孔の容量効果により、燃焼中に、原料中の炭化水素成分の一部、及び／又は、タールを前記細孔に保持した後、当該細孔内において或いは当該細孔から再放出させて燃焼させるので、未燃焼原料又はタールが炉外に排出することを防ぐことが提案されている。
また、特許文献３には、特許文献１の循環流動層ガス化システムにおいて、流動層ガス化炉に、流動媒体粒子と、石灰石などの触媒と、ガス化剤、及び原料を供給してガス化を行う際、触媒が粉化により劣化した場合や炉外へ粉化して飛散した場合に、定常運転中の炉内圧力や生成ガス量をベースとして、その分新たな触媒を随時供給できるガス化システムが提案されている。
さらに、非特許文献１では、研究室規模の流動層ガス化炉を用い、ガス化触媒として、焼成後の石灰石を燃料と予混合してガス化実験を行うと、得られるガス化効率は、触媒なしの場合よりも向上することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４１９５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４７５１７号公報
【特許文献３】特開２００９−４０８８６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】化学工学論文集 第３３巻、第４号、第３６９〜３７５頁（２００７年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、ガス化効率を向上させるために、前記流動層ガス化炉内に供給するガス化触媒として、焼成後の石灰石を用いることが考えられるが、この方法では、焼成という触媒の前処理が必要となる。
しかしながら、特許文献２には、焼成後の石灰石又はドロマイトを使用するものであるが、前処理の「焼成」については触れられていない。同様に、非特許文献１も、焼成後の石灰石の使用を示唆するものの、その前処理の焼成については、全く触れられていない。
一方、特許文献３では、触媒として焼成した石灰石を用いることについて全く記載がない。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術における課題を解決するものであって、石灰石又はドロマイト等のガス化触媒の前処理を簡易な手法で実施できるとともに、高効率でガスを得ることが可能なガス化システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、石灰石（ＣａＣＯ３）やドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）などをガス化触媒として利用する場合、さきに流動層燃焼炉側へ供給して脱炭酸化（焼成）させ、焼成後の触媒（ＣａＯやＣａＯ・ＭｇＯなど）を流動層ガス化炉へ送ることで、解決しうることを見いだした。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
［１］少なくともガス化炉と燃焼炉とからなる流動層ガス化反応炉を有し、前記ガス化炉において、流動媒体、ガス化触媒及びガス化剤の存在下で燃料を供給し、次いで、ガス化炉で生成した残渣チャーを流動媒体と共に燃焼炉に導入することにより、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すガス化システムにおいて、
ガス化触媒として用いる石灰石又はドロマイトを、先に前記燃焼炉側へ供給して焼成し、焼成後のガス化触媒を、前記ガス化炉へ送るようにしたことを特徴とするガス化システム。
［２］流動層ガス化反応炉下部から抜き出した触媒や粉化して飛散した触媒を、後段に設けたスクラバで再利用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流動層ガス化炉内の燃焼炉で触媒を焼成することにより、ガス化触媒の石灰石の前処理を簡便に行うことができ、また、炉後段のスクラバで再利用することにより、触媒の能力を最大限活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のガス化システムの１例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明のガス化システムの１例を示す概要図である。
図１に示すシステムは、ガス化炉と燃焼炉がそれぞれ独立して設けられ、それぞれの炉が連通路によりこの順に連結された流動層ガス化反応炉を有している。
ガス化炉で製造したガス化ガスは、熱交換器、ボイラ、及びスクラバを通過させた後に、タール吸収塔で活性炭により、主に軽質タールを除去し、例えば、ガスエンジンを利用した発電に利用できる。
【００１３】
本発明のシステムについて、ガス化触媒として石灰石を使用する例を用いて、具体的に説明する。
本発明のシステムにおいては、最初に、流動層ガス化反応炉内の燃焼炉側へ石灰石原料を供給する。石灰石は、燃焼炉内で脱炭酸化（焼成）されて、ＣａＯ粒子となり、燃焼炉後段のサイクロンで燃焼ガスと分離されて、ガス化炉へ送られる。
【００１４】
ガス化炉には、前記ＣａＯ粒子、流動媒体、及びバイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源、或いは石炭等の炭化水素系固体燃料を供給するとともに、ガス化剤としては、例えば、燃焼炉で生成した燃焼ガスの一部を再循環させたＣＯ２ガス、あるいはＮ２やＡｒのような不活性ガス、水蒸気、酸素、空気等を導入する。
ガス化炉は流動層とされており、ガス化触媒としてのＣａＯ粒子の存在下で、炭化水素系燃料は、下部より導入されたガス化剤とのガス化反応によりガス化される。
ガス化炉内で生成したガス化ガスは、ガス化炉上部より取り出す一方、残渣チャー、ＣａＯ粒子、及び流動媒体は、次の燃焼炉へ導入される。
取り出されたガス化ガスは可燃ガスであり、燃料電池やガスエンジンによる発電、液体燃料などに利用される。
【００１５】
燃焼炉は、流動層とされており、残渣チャーが完全燃焼可能な滞留時間を確保する。該燃焼炉では導入された残渣チャーを、燃焼炉の下部より導入された酸素或いは空気とともに、燃焼させ、後段に設けられたサイクロン（図示せず）により燃焼ガスを取り出す。一方、再加熱された流動媒体及びＣａＯ粒子は、再びガス化炉へ戻される。
取り出された燃焼ガスは、主に熱源として利用されるものであり、前述したとおり、その一部はガス化炉に再循環させることも可能である。また、前記ガス化炉又は燃焼炉に導入する空気等の予熱としても利用できる。
【００１６】
本発明のシステムにおいて、最初に燃焼炉に供給された石灰石の焼成時に生成したＣＯ２ガスは、燃焼炉後段のサイクロン（図示せず）で分離され、燃焼ガスとともに炉外へ放出される。
したがって、石灰石などの焼成により生成したＣＯ２ガスがガス化炉で生成する可燃ガスと混在することはない。
【００１７】
また、触媒として用いるＣａＯ粒子は、いずれは炉内脱硫などによる劣化により炉下部から抜き出したり、粉化により炉外へ飛散したりする可能性がある。その分は新たな石灰石を燃焼炉側より供給すれば良い。
抜き出したＣａＯ粒子及び飛散したＣａＯ粒子は、炉後段のスクラバで再利用し、その能力を最大限活用し、最終的には、セメントなどの原料に活用する。
本システムであれば、流動層ガス化炉内で触媒を焼成することができるので、焼成のための前処理設備などが不要となる。
【００１８】
図１に示す流動層ガス化反応炉はあくまで一例であって、条件によっては、一塔式のガス化炉（バブリング流動層など）やガス化炉部分をさらに熱分解炉とガス化炉に分離させた二塔式ガス化炉においても十分適用可能である。
また、本発明のシステムにおいては、流動媒体として一般的に硅砂が使用されるが、触媒を流動媒体として利用する場合や硅砂と混合する場合においても、本発明のシステムは適用できる。例えば、流動媒体に全て石灰石を使用する場合、初期投入した分は、炉の昇温中に全て焼成されるので、ガス化における定常運転中に、新たな追加分を燃焼炉側より供給すれば良い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環流動層を用いて燃料より可燃ガスを取り出すためのガス化システムに係り、簡便な手法で触媒を活性化し、高効率で生成ガスを取り出すことができるガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの炭化水素資源の固体燃料を利用し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源として利用することにより、有機資源の有効活用を図るガス化システムが開発されている。
該ガス化システムの１つとして、ガス化反応炉を流動層ガス化炉と流動層燃焼炉に分離し、流動層ガス化炉に、炭化水素資源の固体燃料及び流動媒体を供給し、水蒸気でガス化を行い、生成した未燃分（チャー）と流動媒体を流動層燃焼炉で燃焼させ、加熱された流動媒体を前記ガス化炉に戻す循環流動層を用いたものが知られている（特許文献１）。
この流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を有する循環流動層ガス化システムにおいては、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すことができ、不活性ガスを含まない高カロリーなガスを製造することができる。
【０００３】
一方、特許文献２では、流動層焼却炉又は焼却炉において、流動媒体として焼成石灰石又は焼成ドロマイトを使用し、流動媒体の多孔質細孔の容量効果により、燃焼中に、原料中の炭化水素成分の一部、及び／又は、タールを前記細孔に保持した後、当該細孔内において或いは当該細孔から再放出させて燃焼させるので、未燃焼原料又はタールが炉外に排出することを防ぐことが提案されている。
また、特許文献３には、特許文献１の循環流動層ガス化システムにおいて、流動層ガス化炉に、流動媒体粒子と、石灰石などの触媒と、ガス化剤、及び原料を供給してガス化を行う際、触媒が粉化により劣化した場合や炉外へ粉化して飛散した場合に、定常運転中の炉内圧力や生成ガス量をベースとして、その分新たな触媒を随時供給できるガス化システムが提案されている。
さらに、非特許文献１では、研究室規模の流動層ガス化炉を用い、ガス化触媒として、焼成後の石灰石を燃料と予混合してガス化実験を行うと、得られるガス化効率は、触媒なしの場合よりも向上することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４１９５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４７５１７号公報
【特許文献３】特開２００９−４０８８６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】化学工学論文集 第３３巻、第４号、第３６９〜３７５頁（２００７年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、ガス化効率を向上させるために、前記流動層ガス化炉内に供給するガス化触媒として、焼成後の石灰石を用いることが考えられるが、この方法では、焼成という触媒の前処理が必要となる。
しかしながら、特許文献２には、焼成後の石灰石又はドロマイトを使用するものであるが、前処理の「焼成」については触れられていない。同様に、非特許文献１も、焼成後の石灰石の使用を示唆するものの、その前処理の焼成については、全く触れられていない。
一方、特許文献３では、触媒として焼成した石灰石を用いることについて全く記載がない。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術における課題を解決するものであって、石灰石又はドロマイト等のガス化触媒の前処理を簡易な手法で実施できるとともに、高効率でガスを得ることが可能なガス化システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、石灰石（ＣａＣＯ３）やドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）などをガス化触媒として利用する場合、さきに流動層燃焼炉側へ供給して脱炭酸化（焼成）させ、焼成後の触媒（ＣａＯやＣａＯ・ＭｇＯなど）を流動層ガス化炉へ送ることで、解決しうることを見いだした。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
［１］少なくともガス化炉と燃焼炉とからなる流動層ガス化反応炉を有し、前記ガス化炉において、流動媒体、ガス化触媒及びガス化剤の存在下で燃料を供給し、次いで、ガス化炉で生成した残渣チャーを流動媒体と共に燃焼炉に導入することにより、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すガス化システムにおいて、
ガス化触媒として用いる石灰石又はドロマイトを、先に前記燃焼炉側へ供給して焼成し、焼成後のガス化触媒を、前記ガス化炉へ送るようにしたことを特徴とするガス化システム。
［２］流動層ガス化反応炉下部から抜き出した触媒や粉化して飛散した触媒を、後段に設けたスクラバで再利用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流動層ガス化炉内の燃焼炉で触媒を焼成することにより、ガス化触媒の石灰石の前処理を簡便に行うことができ、また、炉後段のスクラバで再利用することにより、触媒の能力を最大限活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のガス化システムの１例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明のガス化システムの１例を示す概要図である。
図１に示すシステムは、ガス化炉と燃焼炉がそれぞれ独立して設けられ、それぞれの炉が連通路によりこの順に連結された流動層ガス化反応炉を有している。
ガス化炉で製造したガス化ガスは、熱交換器、ボイラ、及びスクラバを通過させた後に、タール吸収塔で活性炭により、主に軽質タールを除去し、例えば、ガスエンジンを利用した発電に利用できる。
【００１３】
本発明のシステムについて、ガス化触媒として石灰石を使用する例を用いて、具体的に説明する。
本発明のシステムにおいては、最初に、流動層ガス化反応炉内の燃焼炉側へ石灰石原料を供給する。石灰石は、燃焼炉内で脱炭酸化（焼成）されて、ＣａＯ粒子となり、燃焼炉後段のサイクロンで燃焼ガスと分離されて、ガス化炉へ送られる。
【００１４】
ガス化炉には、前記ＣａＯ粒子、流動媒体、及びバイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源、或いは石炭等の炭化水素系固体燃料を供給するとともに、ガス化剤としては、例えば、燃焼炉で生成した燃焼ガスの一部を再循環させたＣＯ２ガス、あるいはＮ２やＡｒのような不活性ガス、水蒸気、酸素、空気等を導入する。
ガス化炉は流動層とされており、ガス化触媒としてのＣａＯ粒子の存在下で、炭化水素系燃料は、下部より導入されたガス化剤とのガス化反応によりガス化される。
ガス化炉内で生成したガス化ガスは、ガス化炉上部より取り出す一方、残渣チャー、ＣａＯ粒子、及び流動媒体は、次の燃焼炉へ導入される。
取り出されたガス化ガスは可燃ガスであり、燃料電池やガスエンジンによる発電、液体燃料などに利用される。
【００１５】
燃焼炉は、流動層とされており、残渣チャーが完全燃焼可能な滞留時間を確保する。該燃焼炉では導入された残渣チャーを、燃焼炉の下部より導入された酸素或いは空気とともに、燃焼させ、後段に設けられたサイクロン（図示せず）により燃焼ガスを取り出す。一方、再加熱された流動媒体及びＣａＯ粒子は、再びガス化炉へ戻される。
取り出された燃焼ガスは、主に熱源として利用されるものであり、前述したとおり、その一部はガス化炉に再循環させることも可能である。また、前記ガス化炉又は燃焼炉に導入する空気等の予熱としても利用できる。
【００１６】
本発明のシステムにおいて、最初に燃焼炉に供給された石灰石の焼成時に生成したＣＯ２ガスは、燃焼炉後段のサイクロン（図示せず）で分離され、燃焼ガスとともに炉外へ放出される。
したがって、石灰石などの焼成により生成したＣＯ２ガスがガス化炉で生成する可燃ガスと混在することはない。
【００１７】
また、触媒として用いるＣａＯ粒子は、いずれは炉内脱硫などによる劣化により炉下部から抜き出したり、粉化により炉外へ飛散したりする可能性がある。その分は新たな石灰石を燃焼炉側より供給すれば良い。
抜き出したＣａＯ粒子及び飛散したＣａＯ粒子は、炉後段のスクラバで再利用し、その能力を最大限活用し、最終的には、セメントなどの原料に活用する。
本システムであれば、流動層ガス化炉内で触媒を焼成することができるので、焼成のための前処理設備などが不要となる。
【００１８】
図１に示す流動層ガス化反応炉はあくまで一例であって、条件によっては、一塔式のガス化炉（バブリング流動層など）やガス化炉部分をさらに熱分解炉とガス化炉に分離させた二塔式ガス化炉においても十分適用可能である。
また、本発明のシステムにおいては、流動媒体として一般的に硅砂が使用されるが、触媒を流動媒体として利用する場合や硅砂と混合する場合においても、本発明のシステムは適用できる。例えば、流動媒体に全て石灰石を使用する場合、初期投入した分は、炉の昇温中に全て焼成されるので、ガス化における定常運転中に、新たな追加分を燃焼炉側より供給すれば良い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガス化炉と燃焼炉とからなる流動層ガス化反応炉を有し、前記ガス化炉において、流動媒体、ガス化触媒及びガス化剤の存在下で燃料を供給し、次いで、ガス化炉で生成した残渣チャーを流動媒体と共に燃焼炉に導入することにより、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すガス化システムにおいて、
ガス化触媒として用いる石灰石又はドロマイトを、先に前記燃焼炉側へ供給して焼成し、焼成後のガス化触媒を、前記ガス化炉へ送るようにしたことを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
流動層ガス化反応炉下部から抜き出した触媒や粉化して飛散した触媒を、後段に設けたスクラバで再利用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【請求項１】
少なくともガス化炉と燃焼炉とからなる流動層ガス化反応炉を有し、前記ガス化炉において、流動媒体、ガス化触媒及びガス化剤の存在下で燃料を供給し、次いで、ガス化炉で生成した残渣チャーを流動媒体と共に燃焼炉に導入することにより、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すガス化システムにおいて、
ガス化触媒として用いる石灰石又はドロマイトを、先に前記燃焼炉側へ供給して焼成し、焼成後のガス化触媒を、前記ガス化炉へ送るようにしたことを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
流動層ガス化反応炉下部から抜き出した触媒や粉化して飛散した触媒を、後段に設けたスクラバで再利用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２６４９０（Ｐ２０１１−２６４９０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５２４９（Ｐ２００９−１７５２４９）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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