石炭ガス化システム
【課題】本発明は、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させて、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムを提供する。
【解決手段】本発明の石炭ガス化システムは、酸素製造装置１００で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置１０００を設け、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスをガス精製設備から一酸化炭素変換装置４００に精製ガス６を供給する系統に供給するように構成する。
【解決手段】本発明の石炭ガス化システムは、酸素製造装置１００で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置１０００を設け、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスをガス精製設備から一酸化炭素変換装置４００に精製ガス６を供給する系統に供給するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の石炭をガス化炉でガス化して生成ガスを製造し、この生成ガスを燃料として燃焼させた燃焼ガスによってタービンと発電機を駆動して発電する石炭ガス化発電システムでは、地球温暖化防止の観点から、特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、生成ガスを燃焼する際に生じる二酸化酸素の発生量を抑制するため、生成ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備を備えた石炭ガス化システムを構築することが必要となってきている。
【０００３】
石炭ガス化システムのガス化炉で石炭をガス化した生成ガスは一酸化炭素を多く含む生成ガスであり、二酸化炭素の回収は特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、石炭ガス化システムに備えられた二酸化炭素回収設備によるシフト触媒によって生成ガス中に含まれた一酸化炭素を二酸化炭素へ転換し、吸収液でこの二酸化炭素を吸収して回収し、除去する方法が一般的である。
【０００４】
尚、石炭ガス化システムでは、ガス化炉で石炭をガス化して生成ガスを製造するために、酸化剤として使用する酸素を空気から分離して製造する酸素製造装置を備えており、この酸素製造装置による酸素製造の副産物として空気から分離した窒素も製造されるので、石炭をガス化炉に乾式供給する場合は窒素が石炭の搬送に使用されている。
【０００５】
ところで、特開平１１―１１６９７５号公報では、ＣＯＳ変成器の触媒を保護するために該ＣＯＳ変成器の上流側にバイパス系統を配設し、このバイパス系統にガス中の酸素を燃焼させる燃焼器を設置したガス化発電プラントが開示されている。
【０００６】
しかしながら特開平１１―１１６９７５号公報に開示された技術は、軽油等の補助燃料を用いてガス化炉を昇温させる過程で発生した燃焼ガスに含まれる酸素から吸収塔の吸収液を保護する技術であって、後述する本願発明が対象とするガス化システムにおける一酸化炭素変換装置に係る技術とは直接関係しないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８７０９２９号公報
【特許文献２】特許第３１４９５６１号公報
【特許文献３】特開平１１―１１６９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
石炭ガス化システムでは、酸素製造装置によって空気から酸素と同時に製造される窒素を、石炭ガス化システムの起動・停止時にパージ用として使用している。酸素製造装置は原料の空気から酸素と窒素を分離して製造するが、製造した窒素中には０．１％から０．５％程度の少量の酸素が含有されている。 ところで、石炭ガス化システムに備えられる一酸化炭素変換装置では、下記（１）式のような反応により、一酸化炭素を二酸化炭素に変換する。
【０００９】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・ （１）
一酸化炭素変換装置には、（１）式で示されるシフト反応を促進する酸化鉄や銅を反応媒体とする触媒が用いられている。
【００１０】
これらの触媒は、酸素存在下では、下記（１）式及び（２）式のような反応により、触媒活性がない酸化鉄や酸化銅に変化する。
【００１１】
４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｏ２ → ６Ｆｅ２Ｏ３＋１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２・・・ （２）
２Ｃｕ＋Ｏ２ → ２ＣｕＯ＋７４．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２ ・・・ （３）
したがって、石炭ガス化システムの酸素製造装置で空気から分離して製造した窒素を用いて一酸化炭素変換装置の起動や停止操作を実施する際に、製造した窒素中に含まれる少量の酸素によって一酸化炭素変換装置の触媒層で（２）式および（３）式による反応が発生して触媒の活性が低下すると共に、前記反応で発生した熱で触媒層の温度が上昇して触媒が損傷に至る事態も想定される。
【００１２】
そうなると、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止することができなくなり、ひいては石炭ガス化システムを安全に運転することが困難になるという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させて、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の石炭ガス化システムは、空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図２】本発明の第２実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図３】本発明の第３実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図４】本発明の第４実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図５】本発明の第５実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例である石炭ガス化システムについて図面を引用して説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１実施例である石炭ガス化システムについて図１を用いて説明する。
【００１９】
図１において、本発明の第１実施例である石炭ガス化システムでは、空気４は空気圧縮機１０１で加圧されて酸素製造装置１００に供給され、この酸素製造装置１００にて空気４から酸素３及び窒素２を分離して酸素３と窒素２を製造する。
【００２０】
図示していない燃焼器或いは燃焼炉で燃焼させる燃料の石炭は、予め微粉砕された微粉炭１を、酸素製造装置１００で製造された窒素２を搬送媒体としてガス化炉２００に供給し、同時に酸素製造装置１００で製造された酸素３もガス化炉２００に供給し、前記ガス化炉２００にて微粉炭１はガス化されて石炭ガスとなる。
【００２１】
ガス化炉２００でガス化された石炭ガスは高温のガスであるので、ガス化炉２００の下流側に設置した熱回収装置２１０で石炭ガスが保有する熱を回収して蒸気を生成する。
【００２２】
熱回収装置２１０にて熱が回収された石炭ガスは冷却されて生成ガス５となり、ガス精製設備に供給される。ガス精製設備はサイクロン３００，フィルタ３１０，水洗塔３２０，脱硫装置３３０により構成されるが、これに限るものではない。熱回収装置２１０から供給される生成ガス５中には、石炭中の灰分やカーボン分が固体として含まれているので、熱回収装置２１０の下流側に設置したガス精製設備を構成するサイクロン３００及びフィルタ３１０によって生成ガス５中の灰分やカーボン分を脱塵する。
【００２３】
脱塵された石炭ガスは、生成ガス５中に含まれるアンモニア、塩化水素など、後段に配設した脱硫装置３３０の障害となる物質を除去するために、サイクロン３００及びフィルタ３１０の下流側に設置された水洗塔３２０を経て、脱硫装置３３０に供給される。
【００２４】
脱硫装置３３０には、通常、アミン類からなる吸収液が供給されており、この脱硫装置３３０によって生成ガス５中の硫化水素などの硫黄成分が除去され、精製ガス６となって脱硫装置３３０からその下流側に設置した熱交換器４０１，一酸化炭素変換装置４００，二酸化炭素吸収装置４１０へ供給される。
【００２５】
ところで、脱硫装置３３０の下流側に設置され、一酸化炭素変換装置４００には蒸気２１が供給されており、この一酸化炭素変換装置４００は通常は２００℃〜４５０℃の温度条件で運転される。
【００２６】
しかしながら、脱硫装置３３０で生成ガスを精製した精製ガス６の温度は約４０℃と低温であるで、熱交換器４０１によって精製ガス６を加熱し、前記一酸化炭素変換装置４００内で蒸気が凝縮しない温度となるように精製ガス６を昇温して供給する。
【００２７】
そして、前記一酸化炭素変換装置４００に供給された精製ガス６中の一酸化炭素は、この一酸化炭素変換装置４００内にて二酸化炭素に変換され、同時に、水蒸気の水素が水素ガスとなったシフトガス７として、一酸化炭素変換装置４００の下流側に設置され、二酸化炭素吸収装置４１０に供給される。
【００２８】
二酸化炭素吸収装置４１０には、通常、アミン系吸収液が供給されており、シフトガス７に含まれる二酸化炭素がアミン系吸収液に吸収され、脱炭酸ガス８として二酸化炭素吸収装置４１０から下流側のプロセス（図示を省略）に供給して処理する。
【００２９】
次に、上記石炭ガス化システムの起動又は停止時における運転方法について説明する。ガス化炉の起動又は停止時に、一酸化炭素変換装置４００にパージガスとして酸素製造装置１００から供給される窒素２は燃料貯蔵タンク１１００から燃料流量調整バルブ１１０４を介して供給した燃料ガス３０と共に燃焼装置１０００に供給され、燃焼する。なお、本実施例では燃料ガス３０の流量調節装置としてバルブを用いているが、他にオリフィス等を用いても良い。また、図１においては燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入するものを図示しているが、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成しても良い。
【００３０】
窒素２中に含まれた酸素は、燃焼装置１０００において燃料ガスとの酸化反応により完全に消費される。そして、燃焼装置１０００で燃焼して排出される燃焼ガスは、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスとして、一酸化炭素変換装置４００に供給される。具体的には脱硫装置３３０から熱交換器４０１を経由して一酸化炭素変換装置４００に至る配管系統であって、熱交換器４０１より上流側の配管系統に供給される。供給箇所はこれに限定されるものではない。
【００３１】
燃焼装置１０００には、低濃度の酸素ガスでも燃焼可能な燃焼触媒を用いることが、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスを生成するためには有効である。また燃焼装置１０００としては、窒素２中に含まれた酸素を完全に消費するものであれば何でも良い。
【００３２】
前記燃焼装置１０００で燃焼させて生成した燃焼ガス中には、一酸化炭素変換装置４００に充填された一酸化炭素転換触媒を酸化する酸素が含まれていないので、この燃焼ガスを用いて一酸化炭素変換装置４００を昇温したり、減温しても一酸化炭素転換触媒は還元状態で保持され、一酸化炭素変換装置４００を常に正常に運転することができる。
【００３３】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例２】
【００３４】
次に本発明の第２実施例である石炭ガス化システムについて図２を用いて説明する。
【００３５】
図２において、本発明の第２実施例である石炭ガス化システムは、図１に示した第１実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００３６】
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に、流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を設置した構成である。
【００３７】
即ち、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管上に第１の窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。なお、燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入せず、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成した場合は、この合流点より上流側の領域に窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。
【００３８】
更に、燃料ガス貯蔵装置１１００から供給した燃焼ガス３０を燃焼装置１０００で燃焼させて該燃焼装置１０００から燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管上であって、下記する合流点よりも上流側の領域に第２の窒素ガス供給バルブ１１０２を設置したものである。なお、本実施例では窒素ガス２の流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１，１１０２を用いているが、この代わりにオリフィス等を適用することも可能である。
【００３９】
前記燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管は、脱硫装置３３０で生成ガス中の硫黄成分を除去して精製した精製ガス６を該脱硫装置３３０から一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に設けた昇温のための熱交換器４０１の上流側へ接続したものである。
【００４０】
そして、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置４００を起動する場合には、燃焼装置１０００の入口側の窒素ガス供給バルブ１１０１を開、出口側の窒素ガス供給バルブ１１０２を開に操作すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することを開始してから、一酸化炭素変換装置４００を起動する。
【００４１】
また、この一酸化炭素変換装置４００を停止する場合には、窒素ガス供給バルブ１１０２，１１０１及び燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２が一酸化炭素変換装置４００に供給されてから、一酸化炭素変換装置４００の運転を停止する。
【００４２】
上記したように、窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を開操作して、燃焼装置１０００で酸素を消費させた窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することで、一酸化炭素変換装置の触媒を酸素から保護することができる。これにより、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として安全に使用することができる。
【００４３】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例３】
【００４４】
次に本発明の第３実施例である石炭ガス化システムについて図３を用いて説明する。
【００４５】
図３において、本発明の第３実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００４６】
本実施例の石炭ガス化システムは、ガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成したものである。具体的には、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部（又は全部）を分岐して燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３１を配設し、該配管３１の途中に、精製ガス６の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０３を設置した構成である。
【００４７】
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０３を開に操作することで、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部を、配管３１を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に精製ガス６が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０３は閉に操作される。
【００４８】
精製ガス６には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素並びに一酸化炭素が含まれている。
【００４９】
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素供給バルブ１１０１，１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した精製ガス６を燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼装置１０００で燃焼するものである。
【００５０】
上記した構成によって、精製ガス６の一部を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する精製ガスを有効に利用することができる。
【００５１】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例４】
【００５２】
次に本発明の第４実施例である石炭ガス化システムについて図４を用いて説明する。
【００５３】
図４において、本発明の第４実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００５４】
本実施例の石炭ガス化システムは、図３と同様にガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成した実施例である。具体的には、窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして、二酸化炭素回収装置の二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を利用するものであり、そのために二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３２を配設し、該配管３２の途中に、脱炭酸ガス８の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０５を設置した構成である。
【００５５】
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０５を開に操作することで、二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を、配管３２を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に脱炭酸ガス８が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０５は閉に操作される。
【００５６】
脱炭酸ガス８には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素が含まれている。
【００５７】
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素ガス供給バルブ１１０１，バルブ１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した脱炭酸ガス８を、燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼するものである。
【００５８】
上記した構成によって、脱炭酸ガス８を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する脱炭酸ガスを有効に利用することができる。
【００５９】
なお、図４では燃焼装置１０００で用いる燃料ガス３０の供給元として、二酸化炭素吸収装置４１０を経由した脱炭酸ガス８を供給するものを図示しているが、一酸化炭素変換装置４００で二酸化炭素にシフト変換されたシフトガス７を供給するようにしても良い。
【００６０】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例５】
【００６１】
次に本発明の第５実施例である石炭ガス化システムについて図５を用いて説明する。
【００６２】
図５において、本発明の第５実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００６３】
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置で製造した窒素中の酸素を消費するための運転制御を行うようにしたものである。
【００６４】
酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管にこの窒素２に含まれた少量の酸素の濃度を検出する酸素濃度計５０を設置して、前記酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０を酸素濃度制御装置２０００に入力する。
【００６５】
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料を燃焼装置１０００に供給する配管上に燃料ガス流量調整バルブ１１０４を設置し、更に、前記配管上の燃料貯蔵装置１１００から燃料ガス流量調整バルブ１１０４に至る領域に燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度と一酸化炭素濃度の両方、又は何れか一方を測定する燃料ガス濃度計５１を設置し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。なお、燃料ガス濃度計としては、燃料ガスの成分に水素が含まれている場合には水素濃度、一酸化炭素が含まれている場合には一酸化炭素濃度、両者が含まれている場合には水素濃度及び一酸化炭素濃度の測定機器が用いられる。
【００６６】
酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する窒素２の流量を調節する窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２は、制御装置２０００にて酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０に基づいて演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
【００６７】
酸素濃度計５０で計測された窒素２中の酸素濃度信号７０は、例えば、酸素濃度が０．１％であったとすると、０．１％の酸素濃度信号が制御装置２０００に入力される。
【００６８】
制御装置２０００によって制御される窒素２の流量は窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号として、例えば、２００ｍＮ３／ｈの流量が制御装置２０００で演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２として窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
【００６９】
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されていた燃料ガス中の燃料ガス成分、例えば、水素や一酸化炭素の濃度は、燃料ガス濃度計５１で測定され、該燃料ガス濃度計５１で測定された水素濃度および／又は一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３が酸素濃度制御装置２０００に入力される。
【００７０】
制御装置２０００における制御アルゴリズムは、例えば、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されている燃料が水素である場合は、水素による酸素の消費は（４）式の反応で示される。
【００７１】
２Ｈ２＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ ・・・ （４）
すなわち、酸素１モルに対し、２モルの水素が必要である。窒素２のガス流量は２００ｍＮ３／ｈであるから、窒素２中の酸素流量は、
２００ｍＮ３／ｈ×０．１％＝０．２ｍＮ３／ｈ＝０．２×１０００／２２．４１４ ＝８．９２３モル／ｈ
となり、この酸素を燃焼するための水素量は、
２×８．９２３＝１７．８４６ モル／ｈ
となる。
【００７２】
燃料ガス中の燃料成分である水素濃度が２０％であったとすると、必要な燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．２＝８９．２３モル／ｈ＝２ｍＮ３／ｈ
となるので、燃料ガス流量調節バルブ１１０４の開度は、２ｍＮ３／ｈを流すために必要な開度指令７３を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００７３】
次に、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料ガスを使用する場合には、燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度を燃料ガス濃度計５１により測定し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。
【００７４】
そして、制御装置２０００では前記水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度指令７１を演算し、制御装置２０００から開度指令７１を燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００７５】
なお、上記では燃料ガスの燃料成分が水素である場合について説明したが、一酸化炭素の場合も同様に、測定した燃料ガス中の窒素濃度に基づいて制御することにより、酸素製造装置１００からの窒素２中の酸素を消費させることが可能となる。
【００７６】
また、図２及び図３に示す実施例のように、脱硫装置３３０で精製される精製ガス６の一部を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給するように構成すれば、燃焼装置１０００で燃焼させる燃料ガスとして使用することが可能となる。このとき、図３の実施例の場合には水素及び一酸化炭素、図４の実施例の場合には水素が酸素の消費に用いられることとなる。
【００７７】
次に、燃料ガス中に一酸化炭素と水素の両方を含む場合の制御方法について説明する。先ず、一酸化炭素の燃焼は次式に示すように、（５）式で示した水素と同様に１モルの酸素を消費するためには２モルの一酸化炭素が必要である。
【００７８】
２ＣＯ＋Ｏ２ → ２ＣＯ２ ・・・ （５）
窒素２に含まれる酸素を消費するには、水素および一酸化炭素は等しいモル数であるので、窒素２中に含まれる酸素のモル数、例えば、前記例では８．９２３モル／ｈの場合には、水素および一酸化炭素の合計モル数が該酸素モル数の２倍の１７．８４６モル／ｈの流量が必要である。
【００７９】
したがって、燃料ガス中の水素濃度が２０モル％で、一酸化炭素濃度が５５モル％の場合には、燃料ガス中の燃料の濃度は７５モル％であるので、燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．７５＝２３．８０モル／ｈ＝０．５３４ｍＮ３／ｈ
となり、２０モル％の水素で酸素を消費する場合の約２５％の燃料ガス流量でよいことになる。
【００８０】
その結果、燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度は、０．５３４ｍＮ３／ｈを流すために必要な開度指令７１を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００８１】
以上のように制御することにより、窒素２に含まれる酸素を消費するのに必要十分な燃料を供給できるので、酸素製造装置１００で製造した窒素により、二酸化炭素回収設備を構成する一酸化炭素変換装置４００の昇温、起動あるいは停止などの操作を、一酸化炭素変換装置４００内の一酸化炭素変換触媒の活性を低下させずに実施することができる。
【００８２】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：微粉炭、２：窒素、３：酸素、４：空気、５：生成ガス、６：精製ガス、７：シフトガス、８：脱炭酸ガス、２１：蒸気、３０：燃料ガス、３１：精製ガス、５０：酸素濃度計、７０：酸素濃度信号、７１：燃料ガス調整弁開度信号、７２：蒸気調整弁開度信号、１００：酸素製造装置、１０１：空気圧縮機、２００：ガス化炉、２１０：熱回収装置、３００：サイクロン、３１０：フィルタ、３２０：水洗塔、３３０：脱硫装置、４００：一酸化炭素変換装置、４０１：熱交換器、４１０：二酸化炭素吸収装置、２１：蒸気、１０００：燃焼装置、１１００：燃料ガス貯蔵装置、１１０１：窒素ガス供給バルブ、１１０２：窒素ガス供給バルブ、１１０３：燃料ガス供給バルブ、１１０４：燃料流量調整バルブ、１１０５：燃料ガス供給バルブ、２０００：制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の石炭をガス化炉でガス化して生成ガスを製造し、この生成ガスを燃料として燃焼させた燃焼ガスによってタービンと発電機を駆動して発電する石炭ガス化発電システムでは、地球温暖化防止の観点から、特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、生成ガスを燃焼する際に生じる二酸化酸素の発生量を抑制するため、生成ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備を備えた石炭ガス化システムを構築することが必要となってきている。
【０００３】
石炭ガス化システムのガス化炉で石炭をガス化した生成ガスは一酸化炭素を多く含む生成ガスであり、二酸化炭素の回収は特許第２８７０９２９号及び特許第３１４９５６１号に開示されているように、石炭ガス化システムに備えられた二酸化炭素回収設備によるシフト触媒によって生成ガス中に含まれた一酸化炭素を二酸化炭素へ転換し、吸収液でこの二酸化炭素を吸収して回収し、除去する方法が一般的である。
【０００４】
尚、石炭ガス化システムでは、ガス化炉で石炭をガス化して生成ガスを製造するために、酸化剤として使用する酸素を空気から分離して製造する酸素製造装置を備えており、この酸素製造装置による酸素製造の副産物として空気から分離した窒素も製造されるので、石炭をガス化炉に乾式供給する場合は窒素が石炭の搬送に使用されている。
【０００５】
ところで、特開平１１―１１６９７５号公報では、ＣＯＳ変成器の触媒を保護するために該ＣＯＳ変成器の上流側にバイパス系統を配設し、このバイパス系統にガス中の酸素を燃焼させる燃焼器を設置したガス化発電プラントが開示されている。
【０００６】
しかしながら特開平１１―１１６９７５号公報に開示された技術は、軽油等の補助燃料を用いてガス化炉を昇温させる過程で発生した燃焼ガスに含まれる酸素から吸収塔の吸収液を保護する技術であって、後述する本願発明が対象とするガス化システムにおける一酸化炭素変換装置に係る技術とは直接関係しないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８７０９２９号公報
【特許文献２】特許第３１４９５６１号公報
【特許文献３】特開平１１―１１６９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
石炭ガス化システムでは、酸素製造装置によって空気から酸素と同時に製造される窒素を、石炭ガス化システムの起動・停止時にパージ用として使用している。酸素製造装置は原料の空気から酸素と窒素を分離して製造するが、製造した窒素中には０．１％から０．５％程度の少量の酸素が含有されている。 ところで、石炭ガス化システムに備えられる一酸化炭素変換装置では、下記（１）式のような反応により、一酸化炭素を二酸化炭素に変換する。
【０００９】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・ （１）
一酸化炭素変換装置には、（１）式で示されるシフト反応を促進する酸化鉄や銅を反応媒体とする触媒が用いられている。
【００１０】
これらの触媒は、酸素存在下では、下記（１）式及び（２）式のような反応により、触媒活性がない酸化鉄や酸化銅に変化する。
【００１１】
４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｏ２ → ６Ｆｅ２Ｏ３＋１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２・・・ （２）
２Ｃｕ＋Ｏ２ → ２ＣｕＯ＋７４．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ−Ｏ２ ・・・ （３）
したがって、石炭ガス化システムの酸素製造装置で空気から分離して製造した窒素を用いて一酸化炭素変換装置の起動や停止操作を実施する際に、製造した窒素中に含まれる少量の酸素によって一酸化炭素変換装置の触媒層で（２）式および（３）式による反応が発生して触媒の活性が低下すると共に、前記反応で発生した熱で触媒層の温度が上昇して触媒が損傷に至る事態も想定される。
【００１２】
そうなると、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止することができなくなり、ひいては石炭ガス化システムを安全に運転することが困難になるという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させて、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の石炭ガス化システムは、空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図２】本発明の第２実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図３】本発明の第３実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図４】本発明の第４実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【図５】本発明の第５実施例の石炭ガス化システムの概略構成を示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例である石炭ガス化システムについて図面を引用して説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１実施例である石炭ガス化システムについて図１を用いて説明する。
【００１９】
図１において、本発明の第１実施例である石炭ガス化システムでは、空気４は空気圧縮機１０１で加圧されて酸素製造装置１００に供給され、この酸素製造装置１００にて空気４から酸素３及び窒素２を分離して酸素３と窒素２を製造する。
【００２０】
図示していない燃焼器或いは燃焼炉で燃焼させる燃料の石炭は、予め微粉砕された微粉炭１を、酸素製造装置１００で製造された窒素２を搬送媒体としてガス化炉２００に供給し、同時に酸素製造装置１００で製造された酸素３もガス化炉２００に供給し、前記ガス化炉２００にて微粉炭１はガス化されて石炭ガスとなる。
【００２１】
ガス化炉２００でガス化された石炭ガスは高温のガスであるので、ガス化炉２００の下流側に設置した熱回収装置２１０で石炭ガスが保有する熱を回収して蒸気を生成する。
【００２２】
熱回収装置２１０にて熱が回収された石炭ガスは冷却されて生成ガス５となり、ガス精製設備に供給される。ガス精製設備はサイクロン３００，フィルタ３１０，水洗塔３２０，脱硫装置３３０により構成されるが、これに限るものではない。熱回収装置２１０から供給される生成ガス５中には、石炭中の灰分やカーボン分が固体として含まれているので、熱回収装置２１０の下流側に設置したガス精製設備を構成するサイクロン３００及びフィルタ３１０によって生成ガス５中の灰分やカーボン分を脱塵する。
【００２３】
脱塵された石炭ガスは、生成ガス５中に含まれるアンモニア、塩化水素など、後段に配設した脱硫装置３３０の障害となる物質を除去するために、サイクロン３００及びフィルタ３１０の下流側に設置された水洗塔３２０を経て、脱硫装置３３０に供給される。
【００２４】
脱硫装置３３０には、通常、アミン類からなる吸収液が供給されており、この脱硫装置３３０によって生成ガス５中の硫化水素などの硫黄成分が除去され、精製ガス６となって脱硫装置３３０からその下流側に設置した熱交換器４０１，一酸化炭素変換装置４００，二酸化炭素吸収装置４１０へ供給される。
【００２５】
ところで、脱硫装置３３０の下流側に設置され、一酸化炭素変換装置４００には蒸気２１が供給されており、この一酸化炭素変換装置４００は通常は２００℃〜４５０℃の温度条件で運転される。
【００２６】
しかしながら、脱硫装置３３０で生成ガスを精製した精製ガス６の温度は約４０℃と低温であるで、熱交換器４０１によって精製ガス６を加熱し、前記一酸化炭素変換装置４００内で蒸気が凝縮しない温度となるように精製ガス６を昇温して供給する。
【００２７】
そして、前記一酸化炭素変換装置４００に供給された精製ガス６中の一酸化炭素は、この一酸化炭素変換装置４００内にて二酸化炭素に変換され、同時に、水蒸気の水素が水素ガスとなったシフトガス７として、一酸化炭素変換装置４００の下流側に設置され、二酸化炭素吸収装置４１０に供給される。
【００２８】
二酸化炭素吸収装置４１０には、通常、アミン系吸収液が供給されており、シフトガス７に含まれる二酸化炭素がアミン系吸収液に吸収され、脱炭酸ガス８として二酸化炭素吸収装置４１０から下流側のプロセス（図示を省略）に供給して処理する。
【００２９】
次に、上記石炭ガス化システムの起動又は停止時における運転方法について説明する。ガス化炉の起動又は停止時に、一酸化炭素変換装置４００にパージガスとして酸素製造装置１００から供給される窒素２は燃料貯蔵タンク１１００から燃料流量調整バルブ１１０４を介して供給した燃料ガス３０と共に燃焼装置１０００に供給され、燃焼する。なお、本実施例では燃料ガス３０の流量調節装置としてバルブを用いているが、他にオリフィス等を用いても良い。また、図１においては燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入するものを図示しているが、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成しても良い。
【００３０】
窒素２中に含まれた酸素は、燃焼装置１０００において燃料ガスとの酸化反応により完全に消費される。そして、燃焼装置１０００で燃焼して排出される燃焼ガスは、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスとして、一酸化炭素変換装置４００に供給される。具体的には脱硫装置３３０から熱交換器４０１を経由して一酸化炭素変換装置４００に至る配管系統であって、熱交換器４０１より上流側の配管系統に供給される。供給箇所はこれに限定されるものではない。
【００３１】
燃焼装置１０００には、低濃度の酸素ガスでも燃焼可能な燃焼触媒を用いることが、ガス中に酸素が全く存在していない燃焼ガスを生成するためには有効である。また燃焼装置１０００としては、窒素２中に含まれた酸素を完全に消費するものであれば何でも良い。
【００３２】
前記燃焼装置１０００で燃焼させて生成した燃焼ガス中には、一酸化炭素変換装置４００に充填された一酸化炭素転換触媒を酸化する酸素が含まれていないので、この燃焼ガスを用いて一酸化炭素変換装置４００を昇温したり、減温しても一酸化炭素転換触媒は還元状態で保持され、一酸化炭素変換装置４００を常に正常に運転することができる。
【００３３】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例２】
【００３４】
次に本発明の第２実施例である石炭ガス化システムについて図２を用いて説明する。
【００３５】
図２において、本発明の第２実施例である石炭ガス化システムは、図１に示した第１実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００３６】
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に、流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を設置した構成である。
【００３７】
即ち、酸素製造装置１００で空気から製造した窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管上に第１の窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。なお、燃料ガス貯蔵装置１１００からの燃料ガス３０を燃料装置１０００に直接導入せず、燃焼装置１０００の上流側で酸素製造装置１００からの窒素ガス２と合流させるように配管系統を構成した場合は、この合流点より上流側の領域に窒素ガス供給バルブ１１０１を設置する。
【００３８】
更に、燃料ガス貯蔵装置１１００から供給した燃焼ガス３０を燃焼装置１０００で燃焼させて該燃焼装置１０００から燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管上であって、下記する合流点よりも上流側の領域に第２の窒素ガス供給バルブ１１０２を設置したものである。なお、本実施例では窒素ガス２の流量調整装置として窒素ガス供給バルブ１１０１，１１０２を用いているが、この代わりにオリフィス等を適用することも可能である。
【００３９】
前記燃焼ガスを一酸化炭素変換装置４００に供給する配管は、脱硫装置３３０で生成ガス中の硫黄成分を除去して精製した精製ガス６を該脱硫装置３３０から一酸化炭素変換装置４００に供給する配管に設けた昇温のための熱交換器４０１の上流側へ接続したものである。
【００４０】
そして、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置４００を起動する場合には、燃焼装置１０００の入口側の窒素ガス供給バルブ１１０１を開、出口側の窒素ガス供給バルブ１１０２を開に操作すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することを開始してから、一酸化炭素変換装置４００を起動する。
【００４１】
また、この一酸化炭素変換装置４００を停止する場合には、窒素ガス供給バルブ１１０２，１１０１及び燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作することで、酸素製造装置１００で製造した窒素２が一酸化炭素変換装置４００に供給されてから、一酸化炭素変換装置４００の運転を停止する。
【００４２】
上記したように、窒素ガス供給バルブ１１０１、１１０２を開操作して、燃焼装置１０００で酸素を消費させた窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給することで、一酸化炭素変換装置の触媒を酸素から保護することができる。これにより、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として安全に使用することができる。
【００４３】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例３】
【００４４】
次に本発明の第３実施例である石炭ガス化システムについて図３を用いて説明する。
【００４５】
図３において、本発明の第３実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００４６】
本実施例の石炭ガス化システムは、ガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成したものである。具体的には、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部（又は全部）を分岐して燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３１を配設し、該配管３１の途中に、精製ガス６の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０３を設置した構成である。
【００４７】
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０３を開に操作することで、脱硫装置３００で精製した精製ガス６の一部を、配管３１を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に精製ガス６が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０３は閉に操作される。
【００４８】
精製ガス６には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素並びに一酸化炭素が含まれている。
【００４９】
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素供給バルブ１１０１，１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した精製ガス６を燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼装置１０００で燃焼するものである。
【００５０】
上記した構成によって、精製ガス６の一部を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する精製ガスを有効に利用することができる。
【００５１】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例４】
【００５２】
次に本発明の第４実施例である石炭ガス化システムについて図４を用いて説明する。
【００５３】
図４において、本発明の第４実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００５４】
本実施例の石炭ガス化システムは、図３と同様にガス精製設備で精製された精製ガスの一部（又は全部）を燃焼装置の燃料ガスとして供給するように構成した実施例である。具体的には、窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして、二酸化炭素回収装置の二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を利用するものであり、そのために二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給する配管３２を配設し、該配管３２の途中に、脱炭酸ガス８の供給を調節する燃料ガス供給バルブ１１０５を設置した構成である。
【００５５】
すなわち、脱硫装置３００で精製した精製ガス６を燃焼装置１０００の燃料ガスとして用いる場合、石炭ガス化プラントの通常運転時に燃料ガス供給バルブ１１０５を開に操作することで、二酸化炭素吸収装置４１０から排出した脱炭酸ガス８を、配管３２を通じて燃料ガス貯蔵装置１１００に供給して貯蔵することができる。なお、燃料ガス貯蔵装置１０００に脱炭酸ガス８が十分に貯蔵されると燃料ガス供給バルブ１１０５は閉に操作される。
【００５６】
脱炭酸ガス８には、酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２中に含有される少量の酸素を燃焼するのに好適なガスとして、水素が含まれている。
【００５７】
そして、酸素製造装置１００で製造された窒素２を一酸化炭素変換装置４００のパージガス、或いは一酸化炭素変換装置４００の昇温媒体や冷却媒体として使用する際には、窒素ガス供給バルブ１１０１，バルブ１１０２を共に開に操作して、酸素製造装置１００で製造した窒素２を一酸化炭素変換装置４００に供給すると共に、燃料流量調整バルブ１１０４を開に操作して、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵した脱炭酸ガス８を、燃焼装置１０００に供給して燃焼させることで、酸素製造装置１００で製造して一酸化炭素変換装置４００に供給される窒素２中の酸素を燃焼するものである。
【００５８】
上記した構成によって、脱炭酸ガス８を窒素２中の酸素を燃焼させる燃焼用ガスとして使用できるので、別途水素などのガスを外部より購入する必要がなく、石炭ガス化システムで製造する脱炭酸ガスを有効に利用することができる。
【００５９】
なお、図４では燃焼装置１０００で用いる燃料ガス３０の供給元として、二酸化炭素吸収装置４１０を経由した脱炭酸ガス８を供給するものを図示しているが、一酸化炭素変換装置４００で二酸化炭素にシフト変換されたシフトガス７を供給するようにしても良い。
【００６０】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例５】
【００６１】
次に本発明の第５実施例である石炭ガス化システムについて図５を用いて説明する。
【００６２】
図５において、本発明の第５実施例である石炭ガス化システムは、図２に示した第２実施例と基本的な構成が同じなので、両者に共通する構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００６３】
本実施例の石炭ガス化システムは、酸素製造装置で製造した窒素中の酸素を消費するための運転制御を行うようにしたものである。
【００６４】
酸素製造装置１００で空気から製造された窒素２を該酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する配管にこの窒素２に含まれた少量の酸素の濃度を検出する酸素濃度計５０を設置して、前記酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０を酸素濃度制御装置２０００に入力する。
【００６５】
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料を燃焼装置１０００に供給する配管上に燃料ガス流量調整バルブ１１０４を設置し、更に、前記配管上の燃料貯蔵装置１１００から燃料ガス流量調整バルブ１１０４に至る領域に燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度と一酸化炭素濃度の両方、又は何れか一方を測定する燃料ガス濃度計５１を設置し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。なお、燃料ガス濃度計としては、燃料ガスの成分に水素が含まれている場合には水素濃度、一酸化炭素が含まれている場合には一酸化炭素濃度、両者が含まれている場合には水素濃度及び一酸化炭素濃度の測定機器が用いられる。
【００６６】
酸素製造装置１００から燃焼装置１０００に供給する窒素２の流量を調節する窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２は、制御装置２０００にて酸素濃度計５０で検出した酸素濃度信号７０に基づいて演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
【００６７】
酸素濃度計５０で計測された窒素２中の酸素濃度信号７０は、例えば、酸素濃度が０．１％であったとすると、０．１％の酸素濃度信号が制御装置２０００に入力される。
【００６８】
制御装置２０００によって制御される窒素２の流量は窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号として、例えば、２００ｍＮ３／ｈの流量が制御装置２０００で演算され、窒素ガス供給バルブ１１０１の開度信号７２として窒素ガス供給バルブ１１０１に出力される。
【００６９】
また、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されていた燃料ガス中の燃料ガス成分、例えば、水素や一酸化炭素の濃度は、燃料ガス濃度計５１で測定され、該燃料ガス濃度計５１で測定された水素濃度および／又は一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３が酸素濃度制御装置２０００に入力される。
【００７０】
制御装置２０００における制御アルゴリズムは、例えば、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵されている燃料が水素である場合は、水素による酸素の消費は（４）式の反応で示される。
【００７１】
２Ｈ２＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ ・・・ （４）
すなわち、酸素１モルに対し、２モルの水素が必要である。窒素２のガス流量は２００ｍＮ３／ｈであるから、窒素２中の酸素流量は、
２００ｍＮ３／ｈ×０．１％＝０．２ｍＮ３／ｈ＝０．２×１０００／２２．４１４ ＝８．９２３モル／ｈ
となり、この酸素を燃焼するための水素量は、
２×８．９２３＝１７．８４６ モル／ｈ
となる。
【００７２】
燃料ガス中の燃料成分である水素濃度が２０％であったとすると、必要な燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．２＝８９．２３モル／ｈ＝２ｍＮ３／ｈ
となるので、燃料ガス流量調節バルブ１１０４の開度は、２ｍＮ３／ｈを流すために必要な開度指令７３を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００７３】
次に、燃料ガス貯蔵装置１１００に貯蔵された燃料ガスを使用する場合には、燃料貯蔵装置１１００出口の燃料ガス中の水素濃度を燃料ガス濃度計５１により測定し、前記燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３を制御装置２０００に入力する。
【００７４】
そして、制御装置２０００では前記水素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度指令７１を演算し、制御装置２０００から開度指令７１を燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００７５】
なお、上記では燃料ガスの燃料成分が水素である場合について説明したが、一酸化炭素の場合も同様に、測定した燃料ガス中の窒素濃度に基づいて制御することにより、酸素製造装置１００からの窒素２中の酸素を消費させることが可能となる。
【００７６】
また、図２及び図３に示す実施例のように、脱硫装置３３０で精製される精製ガス６の一部を燃料ガス貯蔵装置１１００に供給するように構成すれば、燃焼装置１０００で燃焼させる燃料ガスとして使用することが可能となる。このとき、図３の実施例の場合には水素及び一酸化炭素、図４の実施例の場合には水素が酸素の消費に用いられることとなる。
【００７７】
次に、燃料ガス中に一酸化炭素と水素の両方を含む場合の制御方法について説明する。先ず、一酸化炭素の燃焼は次式に示すように、（５）式で示した水素と同様に１モルの酸素を消費するためには２モルの一酸化炭素が必要である。
【００７８】
２ＣＯ＋Ｏ２ → ２ＣＯ２ ・・・ （５）
窒素２に含まれる酸素を消費するには、水素および一酸化炭素は等しいモル数であるので、窒素２中に含まれる酸素のモル数、例えば、前記例では８．９２３モル／ｈの場合には、水素および一酸化炭素の合計モル数が該酸素モル数の２倍の１７．８４６モル／ｈの流量が必要である。
【００７９】
したがって、燃料ガス中の水素濃度が２０モル％で、一酸化炭素濃度が５５モル％の場合には、燃料ガス中の燃料の濃度は７５モル％であるので、燃料ガス流量は、
１７．８４６／０．７５＝２３．８０モル／ｈ＝０．５３４ｍＮ３／ｈ
となり、２０モル％の水素で酸素を消費する場合の約２５％の燃料ガス流量でよいことになる。
【００８０】
その結果、燃料ガス流量調整バルブ１１０４の開度は、０．５３４ｍＮ３／ｈを流すために必要な開度指令７１を燃料ガス濃度計５１で検出した水素濃度および一酸化炭素濃度に関する燃料ガス濃度信号７３に基づいて制御装置２０００によって演算し、燃料ガス流量調整バルブ１１０４に出力して操作する。
【００８１】
以上のように制御することにより、窒素２に含まれる酸素を消費するのに必要十分な燃料を供給できるので、酸素製造装置１００で製造した窒素により、二酸化炭素回収設備を構成する一酸化炭素変換装置４００の昇温、起動あるいは停止などの操作を、一酸化炭素変換装置４００内の一酸化炭素変換触媒の活性を低下させずに実施することができる。
【００８２】
本実施例によれば、石炭ガス化システムに設置された一酸化炭素変換装置の触媒を保護して前記一酸化炭素変換装置を安全に起動し、または停止させることにより、石炭ガス化システムの安全な運転を可能にした石炭ガス化システムが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は石炭をガス化した生成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：微粉炭、２：窒素、３：酸素、４：空気、５：生成ガス、６：精製ガス、７：シフトガス、８：脱炭酸ガス、２１：蒸気、３０：燃料ガス、３１：精製ガス、５０：酸素濃度計、７０：酸素濃度信号、７１：燃料ガス調整弁開度信号、７２：蒸気調整弁開度信号、１００：酸素製造装置、１０１：空気圧縮機、２００：ガス化炉、２１０：熱回収装置、３００：サイクロン、３１０：フィルタ、３２０：水洗塔、３３０：脱硫装置、４００：一酸化炭素変換装置、４０１：熱交換器、４１０：二酸化炭素吸収装置、２１：蒸気、１０００：燃焼装置、１１００：燃料ガス貯蔵装置、１１０１：窒素ガス供給バルブ、１１０２：窒素ガス供給バルブ、１１０３：燃料ガス供給バルブ、１１０４：燃料流量調整バルブ、１１０５：燃料ガス供給バルブ、２０００：制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、燃料ガスを前記燃焼装置に供給し、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記精製ガスを貯蔵し前記燃焼装置に燃料ガスとして供給すること特徴とする石炭ガス化システム
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第１の流量調節装置と、前記燃焼装置から前記一酸化炭素変換装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第２の流量調節装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項４】
請求項３に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記燃焼装置に燃料として供給される燃料ガスの流量を調節する第３の流量調節装置を設置したことを特徴することを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項５】
請求項４に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記燃焼装置に供給される燃料ガス中の水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度を検出する燃料ガス濃度計と、
前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第１の流量調節装置を通流する窒素ガスの流量を制御すると共に、前記燃料ガス濃度計で測定された水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度並びに前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第３の流量調節装置を通流する燃料ガスの流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項１】
空気から酸素と窒素を製造する酸素製造装置と、石炭をガス化した生成ガスを製造するガス化炉と、このガス化炉でガス化した生成ガスを精製して精製ガスにするガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された精製ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えた石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置で製造された窒素ガス中に含まれる酸素を消費させる燃焼装置を設け、燃料ガスを前記燃焼装置に供給し、該燃焼装置を経由した前記窒素ガスを一酸化炭素変換装置に供給することを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記精製ガスを貯蔵し前記燃焼装置に燃料ガスとして供給すること特徴とする石炭ガス化システム
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第１の流量調節装置と、前記燃焼装置から前記一酸化炭素変換装置に供給される窒素ガスの流量を調節する第２の流量調節装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項４】
請求項３に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記燃焼装置に燃料として供給される燃料ガスの流量を調節する第３の流量調節装置を設置したことを特徴することを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項５】
請求項４に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記酸素製造装置から前記燃焼装置に供給される窒素ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記燃焼装置に供給される燃料ガス中の水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度を検出する燃料ガス濃度計と、
前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第１の流量調節装置を通流する窒素ガスの流量を制御すると共に、前記燃料ガス濃度計で測定された水素濃度及び／又は一酸化炭素濃度並びに前記酸素濃度計で測定された酸素濃度に基づいて前記第３の流量調節装置を通流する燃料ガスの流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５７４０７（Ｐ２０１１−１５７４０７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５１３（Ｐ２０１０−１７５１３）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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