説明

循環流動層式ガス化方法及び装置

【課題】原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供する。
【解決手段】媒体分離装置8で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉15から熱分解炉14を経由してガス化炉2へ戻すと共に、原料を不活性ガスにより流動層14aが形成されている熱分解炉14へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉15の流動層15a底部へ導いて流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、熱分解炉14で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体をガス化炉2へ導入し、ガス化炉2で原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを燃焼炉5へ導入し、燃焼炉5で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とするよう構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、循環流動層式ガス化方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、燃料として、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の原料を用い、ガス化ガスを生成する循環流動層式ガス化装置の開発が進められている。
【0003】
図4は従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示すものであって、該循環流動層式ガス化装置は、前記原料が投入され且つガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動媒体(硅砂等)の流動層1を形成して前記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抜出ループシール管3を介して導入され且つ空気又は酸素等の燃焼炉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の燃焼排ガスを抜き出す排ガス配管6途中に設けられ且つ前記燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を媒体流下管7を介して前記ガス化炉2に供給するサイクロン等の媒体分離装置8とを備えてなる構成を有している。
【0004】
尚、図4中、9は前記原料をガス化炉2に投入する原料投入管、10は前記ガス化炉2の底部に形成されたウインドボックス、11は該ウインドボックス10へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉2内部へ均一に吹き込んで流動層1を形成するための多数の散気ノズル(図示せず)を有する散気板、12は前記燃焼炉5の底部に形成されたウインドボックス、13は該ウインドボックス12へ導入される燃焼炉流動用ガスを燃焼炉5内部へ均一に吹き込んで流動層4を形成するための多数の散気ノズル13aを有する散気板である。
【0005】
又、前記媒体流下管7の途中にはループシール部7aが形成され、前記ガス化炉2で生成されたガス化ガスが媒体分離装置8へ逆流しないようにしてある。
【0006】
前述の如き循環流動層式ガス化装置においては、通常運転時、ガス化炉2において、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスによりウインドボックス10の散気板11上に流動層1が形成されており、ここに原料投入管9から石炭等の原料を投入すると、該原料はガス化され、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抜出ループシール管3を介し抜き出されて、前記燃焼炉流動用ガスによりウインドボックス12の散気板13上に流動層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、排ガス配管6を介して媒体分離装置8へ導入され、該媒体分離装置8において、前記燃焼排ガスから流動媒体が分離され、該分離された流動媒体は媒体流下管7を介して前記ガス化炉2に戻され、循環される。
【0007】
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配管6を通り前記媒体分離装置8で分離され、前記媒体流下管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、その熱分解残渣(チャー)が水蒸気と反応することによって、水蒸気ガス化反応[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。
【0008】
前記ガス化炉2で生成されたガス化ガスは、図示していないサイクロン等の媒体分離装置で煤塵等が分離除去された後、化学プラント或いはガスタービン等に供給される一方、前記媒体分離装置8で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、排ガス処理設備へ送られる。
【0009】
因みに、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転中の熱量不足時、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、前記ガス化炉2へ供給される原料と同じ石炭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、前記循環流動層式ガス化装置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の底部から水蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、前記石炭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配管6を通り前記媒体分離装置8で分離され、前記媒体流下管7を介してガス化炉2に供給されることにより、循環流動層式ガス化装置の循環予熱が行われるようになっている。
【0010】
尚、前述の如き循環流動層式ガス化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1、2、3がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開平3−287695号公報
【特許文献2】特開2006−265454号公報
【特許文献3】特開2006−213817号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
ところで、前述の如き循環流動層式ガス化装置の場合、石炭やバイオマス等の有機物原料の低温水蒸気ガス化反応(700〜900[℃])では、タールを含む熱分解ガスにより、可燃性固形分としての熱分解残渣(チャー)の水蒸気ガス化反応が阻害されるため、水蒸気ガス化反応から熱分解ガスを分離することが望まれる。又、熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすいため、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性がある。よって、分離した熱分解ガスの有効利用にはその精製が望まれる。
【0013】
そして、流動層を用いた熱分解ガス化装置は前記特許文献1、2、3に開示されているが、次のような問題点があった。
【0014】
前記特許文献1に開示されている石炭の熱分解・ガス化法においては、燃料として微粉炭しか使用できないため、バイオマス等の有機物原料が使用できず、又、一部の未反応チャーがガス化炉底部から排出されるため、炭素転化率が低くなる可能性があった。
【0015】
前記特許文献2に開示されている循環流動式ガス化炉においては、ガス化部であるダウンカマーの上部のサイクロン出口からガス化ガスが排出されるので、熱媒体である流動砂の循環速度が低くなり、放熱が大きくなる一方、足りない熱量は熱風炉バーナで補われるため、コストが高くなる可能性があった。
【0016】
前記特許文献3に開示されている流動層ガス化ガス精製方法及び精製装置においては、ガス化反応から熱分解ガスを分離していないので、ガス化反応が阻害され炭素転化率が低くなる可能性があった。
【0017】
本発明は、斯かる実情に鑑み、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明は、ガス化炉でガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して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し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉から燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉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いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で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戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻すと共に、
前記原料を不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、
前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉へ導入し、該ガス化炉で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを前記燃焼炉へ導入し、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とすることを特徴とする循環流動層式ガス化方法にかかるものである。
【0019】
又、本発明は、ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して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燃焼炉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、該燃焼炉の燃焼排ガスから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戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体が導入されて内部に流動層が形成され、該活性精製剤により熱分解ガスを精製する熱分解ガス精製炉と、
該熱分解ガス精製炉から流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とが導入され、不活性ガスにより流動層を形成し、該流動層で投入される原料を熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを前記熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導くと共に、前記熱分解ガスが分離された原料と流動媒体と反応後精製剤とを前記ガス化炉へ導く熱分解炉と
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置にかかるものである。
【0020】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【0021】
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体は熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻される形となる。
【0022】
ここで、原料は、不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入され熱分解されて熱分解ガスが発生し、該熱分解ガスが熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導かれて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製される。
【0023】
前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体は前記ガス化炉へ導入され、該ガス化炉で前記原料のガス化のみが行われ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とが前記燃焼炉へ導入され、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤が活性化され活性精製剤となり、高温となった流動媒体と一緒に循環される。
【0024】
この結果、ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスを水蒸気とした場合であっても、原料は熱分解炉でタールを含む熱分解ガスが分離された後にガス化炉へ導入されるため、該ガス化炉において、前記熱分解ガスにより可燃性固形分としての熱分解残渣(チャー)の水蒸気ガス化反応が阻害されることが避けられ、炭素転化率を高めることが可能となる。
【0025】
又、前記熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすく、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性があるが、前記熱分解炉で分離された熱分解ガスは、熱分解ガス精製炉で精製されているため、燃焼炉或いは蒸気生成装置等の補助燃料として使用可能となる。
【0026】
前記循環流動層式ガス化装置においては、前記熱分解ガス精製炉の流動層の水平断面積を、前記熱分解炉の流動層の水平断面積とは異なるサイズにすることができ、このようにすると、熱分解炉で発生した熱分解ガスが熱分解ガス精製炉に滞留する時間を調節でき、熱分解ガスが熱分解ガス精製炉の流動層を通過する際により一層充分に精製される形となる。
【発明の効果】
【0027】
本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置によれば、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の第一実施例を示す全体概要構成図である。
【図2】本発明の第二実施例を示す全体概要構成図である。
【図3】本発明の第三実施例を示す全体概要構成図である。
【図4】従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0030】
図1は本発明の第一実施例であって、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、本第一実施例の特徴とするところは、図1に示す如く、ガス化炉2の上部に、熱分解炉14と熱分解ガス精製炉15とを積み重ねるように配設し、媒体分離装置8で分離され活性精製剤を含む流動媒体を媒体流下管7により熱分解ガス精製炉15から熱分解炉14を経由して前記ガス化炉2へ戻すと共に、原料投入管9から原料を窒素等の不活性ガスにより流動層14aが形成されている熱分解炉14へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉15の流動層15a底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、前記熱分解炉14で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉2へ導入し、該ガス化炉2で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分(チャーを含むガス化残渣)と反応後精製剤とを抜出ループシール管3を介して燃焼炉5へ導入し、該燃焼炉5で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とするよう構成した点にある。
【0031】
本第一実施例の場合、前記熱分解炉14の底部には、前記ガス化炉2と同様のウインドボックス16を形成すると共に、該ウインドボックス16に導入される窒素等の不活性ガスを熱分解炉14内部へ均一に吹き込んで流動層14aを形成するための多数の散気ノズル(図示せず)を有する散気板17を設け、又、前記熱分解炉14と、該熱分解炉14の上に配設される熱分解ガス精製炉15とは、多数の散気ノズル(図示せず)を有する散気板18によって仕切ることにより、前記熱分解炉14で発生した熱分解ガスを散気板18から熱分解ガス精製炉15内部へ均一に吹き込んで流動層15aを形成するようにしてある。
【0032】
又、前記熱分解ガス精製炉15と熱分解炉14との間には、熱分解ガス精製炉15の流動層15aから流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とをオーバーフローさせて熱分解炉14へ導くためのオーバーフロー管19を配設し、前記熱分解炉14とガス化炉2との間には、熱分解炉14の流動層14aから流動媒体と熱分解ガスが分離された原料とをオーバーフローさせてガス化炉2へ導くためのオーバーフロー管20を配設してある。
【0033】
一方、前記熱分解ガス精製炉15で精製された熱分解ガスは、燃焼炉5へ導入し、その補助燃料として使用するようにしてある。但し、前記熱分解ガスは、図示していない蒸気生成装置等の補助燃料として使用することも可能である。
【0034】
尚、前記精製剤としては、例えば、CaCO3、MgCO3等を含む天然鉱物を用いることができる。
【0035】
次に、上記第一実施例の作用を説明する。
【0036】
前記媒体分離装置8で分離され活性精製剤を含む流動媒体は、媒体流下管7により熱分解ガス精製炉15に導入され、該熱分解ガス精製炉15の流動層15aからオーバーフロー管19を介して熱分解炉14の流動層14aへ流下し、該熱分解炉14の流動層14aからオーバーフロー管20介して前記ガス化炉2へ戻される形となる。
【0037】
ここで、原料投入管9に供給される原料は、ウインドボックス16に導入され且つ散気板17の多数の散気ノズル(図示せず)から吹き出される窒素等の不活性ガスにより流動層14aが形成されている熱分解炉14へ投入され熱分解されて熱分解ガスが発生し、該熱分解ガスが散気板18の多数の散気ノズル(図示せず)から熱分解ガス精製炉15の流動層15a底部へ導かれて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製される。
【0038】
前記熱分解炉14で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体は、オーバーフロー管20を介して前記ガス化炉2へ導入され、該ガス化炉2で前記原料のガス化のみが行われ、流動媒体と可燃性固形分(チャーを含むガス化残渣)と反応後精製剤とが抜出ループシール管3を介して前記燃焼炉5へ導入され、該燃焼炉5で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤が活性化され活性精製剤となり、高温となった流動媒体と一緒に循環される。
【0039】
この結果、ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスを水蒸気とした場合であっても、原料は熱分解炉14でタールを含む熱分解ガスが分離された後にガス化炉2へ導入されるため、該ガス化炉2において、前記熱分解ガスにより可燃性固形分としての熱分解残渣(チャー)の水蒸気ガス化反応が阻害されることが避けられ、炭素転化率を高めることが可能となる。
【0040】
又、前記熱分解ガス中のタールは凝縮・吸着しやすく、後段の配管・装置等に悪影響を及ぼす可能性があるが、前記熱分解炉14で分離された熱分解ガスは、熱分解ガス精製炉15で精製されているため、燃焼炉5(或いは図示していない蒸気生成装置等)の補助燃料として使用可能となる。
【0041】
こうして、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る。
【0042】
図2は本発明の第二実施例であって、図中、図1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に示す第一実施例と同様であるが、本第二実施例の特徴とするところは、図2に示す如く、熱分解ガス精製炉15の流動層15aの水平断面積を、前記熱分解炉14の流動層14aの水平断面積より大きくした点にある。
【0043】
上記第二実施例の如く、前記熱分解ガス精製炉15の流動層15aの水平断面積を、前記熱分解炉14の流動層14aの水平断面積より大きくすると、熱分解炉14で発生した熱分解ガスが熱分解ガス精製炉15に滞留する時間が長くなり、熱分解ガスが熱分解ガス精製炉15の流動層15aを通過する際により一層充分に精製される形となる。
【0044】
こうして、第二実施例においても第一実施例の場合と同様、原料の熱分解とガス化を分離して行うことができ、熱分解ガスによるガス化反応の阻害を防いで炭素転化率を向上し得る。
【0045】
図3は本発明の第三実施例であって、図中、図1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に示す第一実施例と同様であるが、本第三実施例の特徴とするところは、図3に示す如く、熱分解炉14及び熱分解ガス精製炉15をガス化炉2から分離して別体とした点にある。
【0046】
上記第三実施例の如く、前記熱分解炉14及び熱分解ガス精製炉15をガス化炉2から分離して別体とすると、第一実施例における作用効果と全く同じ作用効果が得られることに加え更に、建屋の関係でガス化炉2の上部に充分な空間がないような場合であっても、前記熱分解炉14及び熱分解ガス精製炉15をガス化炉2から離れた位置に配置することが可能となり、機器のレイアウトの自由度を増す上で有効となる。
【0047】
尚、本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置は、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。
【符号の説明】
【0048】
1 流動層
2 ガス化炉
3 抜出ループシール管
5 燃焼炉
7 媒体流下管
8 媒体分離装置
9 原料投入管
10 ウインドボックス
11 散気板
14 熱分解炉
14a 流動層
15 熱分解ガス精製炉
15a 流動層
16 ウインドボックス
17 散気板
18 散気板
19 オーバーフロー管
20 オーバーフロー管

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス化炉でガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して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し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉から燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉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いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で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戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体を熱分解ガス精製炉から熱分解炉を経由して前記ガス化炉へ戻すと共に、
前記原料を不活性ガスにより流動層が形成されている熱分解炉へ投入し熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導いて前記流動媒体に含まれる活性精製剤により精製し、
前記熱分解炉で熱分解ガスが分離された原料を含む流動媒体を前記ガス化炉へ導入し、該ガス化炉で前記原料のガス化のみを行わせ、流動媒体と可燃性固形分と反応後精製剤とを前記燃焼炉へ導入し、該燃焼炉で可燃性固形分の燃焼により反応後精製剤を活性化させ活性精製剤とすることを特徴とする循環流動層式ガス化方法。
【請求項2】
ガス化剤を兼ねるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して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燃焼炉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、該燃焼炉の燃焼排ガスから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戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記媒体分離装置で分離され活性精製剤を含む流動媒体が導入されて内部に流動層が形成され、該活性精製剤により熱分解ガスを精製する熱分解ガス精製炉と、
該熱分解ガス精製炉から流動媒体と熱分解ガスを精製した後の反応後精製剤とが導入され、不活性ガスにより流動層を形成し、該流動層で投入される原料を熱分解させて熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを前記熱分解ガス精製炉の流動層底部へ導くと共に、前記熱分解ガスが分離された原料と流動媒体と反応後精製剤とを前記ガス化炉へ導く熱分解炉と
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。
【請求項3】
前記熱分解ガス精製炉の流動層の水平断面積を、前記熱分解炉の流動層の水平断面積とは異なるサイズにした請求項2記載の循環流動層式ガス化装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−42697(P2011−42697A)
【公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−189716(P2009−189716)
【出願日】平成21年8月19日(2009.8.19)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)