ＣＯシフト反応装置及びこれを備えた石炭ガス化複合発電システム
【課題】ＣＯ濃度が高い条件で運転されても、充填された触媒の劣化を抑制できるＣＯシフト反応装置を提供する。
【解決手段】直列接続された複数のシフト反応器２２、２４、２６と、主ガスライン２１から分岐して最上流のシフト反応器２２をバイパスさせるガス流量を調節する第１の流量調節手段２９及び／又は３０と、最下流のシフト反応器２６から流出されるガスを昇圧して、最上流のシフト反応器２２の上流に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスの流量を調節する第２の流量調節手段６６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２とを備え、最上流のシフト反応器２２の出口部のガス温がシフト反応触媒の耐熱限界温度より低く、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１及び第２の流量調節手段により最上流のシフト反応器２２に流入するガス流量を調節する。
【解決手段】直列接続された複数のシフト反応器２２、２４、２６と、主ガスライン２１から分岐して最上流のシフト反応器２２をバイパスさせるガス流量を調節する第１の流量調節手段２９及び／又は３０と、最下流のシフト反応器２６から流出されるガスを昇圧して、最上流のシフト反応器２２の上流に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスの流量を調節する第２の流量調節手段６６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２とを備え、最上流のシフト反応器２２の出口部のガス温がシフト反応触媒の耐熱限界温度より低く、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１及び第２の流量調節手段により最上流のシフト反応器２２に流入するガス流量を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電システムに用いられるＣＯシフト反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚火力発電プラントの効率の向上を図る技術として、石炭ガス化複合発電（Integrated Coal Gasification Cycle）システム（以下単に「石炭ガス化システム」という）が研究・開発されている。石炭ガス化システムでは、石炭ガス化過程で高濃度のＣＯ（一酸化炭素）が発生するため、ＣＯシフト反応装置を設け、ＣＯを水蒸気と反応（以下「シフト反応」という）させて、Ｈ２（水素）とＣＯ２（二酸化炭素）を生成させる。このうち、Ｈ２はガスタービンへ燃料の一部として供給し、ＣＯ２はＣＯ２回収設備（吸収液等）で効率的に回収して、プラントからのＣＯ２放出量の低減、発電効率の向上が図られている。
【０００３】
このようなシステムでは、ＣＯ２吸収装置に流入するガスに空気が含まれず、ガス処理量が石炭焚ボイラと比較して約３分の１と少なく、運転圧力が２．５［ＭＰａ］と高いため、吸収液へのＣＯ２吸収が容易という利点がある。ＣＯシフト反応装置が有するシフト反応器には、シフト反応触媒（以下単に「触媒」という）が充填されている。シフト反応により高濃度のＣＯを十分に低い濃度まで低減させるために、温度特性等の異なる複数種類の触媒を用い、ガス上流側に高温シフト反応器、下流側に低温シフト反応器を備えた図６に記載のシフト反応装置が一般的である。
【０００４】
ここで、シフト反応器を高温用・低温用と２段階設けるのは、ＣＯ濃度が非常に高く、反応に伴い大きな発熱が生じるためである。すなわち、ＣＯ濃度の高いガスは、まず触媒の耐熱性の大きい高温シフト触媒で反応させた後、冷却器で冷却し触媒耐熱限界温度の低い低温シフト触媒にて反応させる。また、シフト反応が一気に進行すると、高温シフト触媒の触媒耐熱限界温度も超過する可能性があるため、高温シフト反応器も２段に分けて使用する。
【０００５】
ところで、石炭ガス化過程で発生するＣＯの濃度は、起動時等の低負荷運転において、単位処理ガス量あたりのＣＯ量が増加して高濃度となるため、定格運転時よりも１０［ｖｏｌ．％］程度高くなる。また、ガス化炉構造及び酸化剤の形式・方式にも依存し、特に、酸素吹石炭ガス化方式の場合には、定格運転時でも５０〜６０［ｖｏｌ．％］に達する。このようなＣＯ濃度が非常に高い被処理ガスがＣＯシフト反応装置へ流れ込むと、上流の高温シフト反応器で急激にシフト反応が進んで温度上昇し、充填された触媒の耐熱限界温度を超え、触媒の劣化が加速し、耐用年数が短くなる可能性がある。
【０００６】
そこで、図６に示すように、被処理ガスである精製ガスを流量調節弁３１を用いて第１のバイパスライン２８により、第１の高温シフト反応器２２をバイパスする。このように精製ガスの一部を、第１のバイパスライン２８へ分岐することで、第１の高温シフト反応器２２に入るガス量を減らし、反応器の温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３３１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、精製ガスの一部を第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、以下に示す問題が生ずる。すなわち、シフト反応装置においては、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度域での運転を行い、最上流と２段目以降の高温シフト反応器での反応量を等しく、つまり、シフト反応器内温度を等しくして触媒の劣化を防ぎ、耐用年数を長くする運転が望ましい。
【０００９】
ここで、図７にシフト反応温度推移を示す。なお、高温シフト触媒の反応温度域は３００〜４７０℃で触媒耐熱限界温度は４８０℃、低温シフト触媒の反応温度域は２２０〜２６０℃で触媒耐熱限界温度は２８０℃である。バイパスラインのみによる従来例のシフト反応温度推移を見ると、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過していない。しかし、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ濃度が高い条件で運転されても、充填された触媒の劣化を抑制できるＣＯシフト反応装置及びこれを備えた石炭ガス化複合発電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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のＣＯシフト反応装置の第１の態様は、石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）の上流側（２７）から分岐し、該最上流のシフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続するバイパスライン（２８）と、該バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側と前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側であって前記バイパスライン（２８）の分岐部（２７）よりも下流側とを接続し、昇圧手段（６２）により最下流のシフト反応器（２６）の下流側のガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）に流入するガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（６６）と、前記最上流のシフト反応器（２２）と前記リサイクルガスライン（６４）の前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側への接続部との間に設けられるシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）から排出されるガス又は最上流のシフト反応器（２２）の触媒充填部出口付近のガス温度の少なくとも一方を計測する温度計測手段（５８）とを備え、該温度計測手段（５８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第1の流量調節手段及び前記第２の流量調節手段（６６）を用いて前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量を調節することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の態様の構成は、後述する本発明の実施例１のＣＯシフト反応装置に対応する。すなわち、実施例１のＣＯシフト反応装置によれば、図７に示したシフト反応温度推移のように、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過しておらず、最上流の高温シフト反応器２２の触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転が可能となるから、従来よりも触媒の劣化を改善できる。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の一部を圧縮機によって最上流のシフト反応器の上流側に戻すことにより、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００１４】
この場合において、前記最上流のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が前記最上流のシフト反応器の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１の流量調節手段及び第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて前記最上流のシフト反応器に流入する被処理ガス流量を調節する。
【００１５】
これにより、第１及び第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスの一部をその下流の次段のシフト反応器に流入させることで、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。
【００１６】
また、最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、該第１の高温シフト反応器の下流側に設けられる次段のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有する構成とすることができる。なお、各温度に適するシフト反応器の数は、これに限られない。
【００１７】
また、以上説明したシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムとして、石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、精製されたガスの一部もしくは全量のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービンの燃料の一部として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備えたシステムを構成できる。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明のＣＯシフト反応装置の第２の態様は、石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００、１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とする石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００、１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の態様の構成は、本発明の第１の態様のＣＯシフト反応装置を改良したものであり、後述する本発明の実施例２に対応する。すなわち、後述する本発明の実施例１のＣＯシフト反応装置によれば、図７に示したシフト反応温度推移のように、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過していないから、従来よりも触媒の劣化を改善できる。しかし、第１の高温シフト反応器２２の触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転によっても、第２の高温シフト反応器２４の触媒温度が上昇し、同じように触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。このことに鑑み、実施例２に対応する本発明の第２の態様を提案するものである。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の一部を圧縮機によって最上流のシフト反応器の上流側及び次段のシフト反応器の上流側に戻すことにより、最上流のシフト反応器及び次段のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、次段のシフト反応器を含めて触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００２１】
この場合において、前記最上流のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が前記最上流のシフト反応器の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１の流量調節手段及び第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて前記最上流のシフト反応器に流入する被処理ガス流量を調節する。また、次段のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が次段のシフト反応器の触媒耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、第２の流量調節手段を用いて最上流のシフト反応器に流入するガス流量を調節する構成とすることが望ましい。
【００２２】
これにより、第１及び第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスの一部をその下流の次段のシフト反応器に流入させることで、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。また、同様に、第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の上流側及び次段のシフト反応器の上流側へリサイクルする最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。なお、耐熱限界温度より低い温度とは、耐熱限界温度より３０℃以上低い温度であることが望ましい。
【００２３】
また、最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、該第１の高温シフト反応器の下流側に設けられる次段のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有する構成とすることができる。なお、各温度に適するシフト反応器の数は、これに限られない。
【００２４】
また、以上説明したシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムとして、石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、精製されたガスの一部もしくは全量のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービンの燃料の一部として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備えたシステムを構成できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＣＯ濃度が高い条件で運転されても、充填された触媒の劣化を抑制できるＣＯシフト反応装置及びこれを備えた石炭ガス化複合発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のＣＯシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明のＣＯシフト反応装置の実施例１の構成を示す図である。
【図３】実施例１による流量調節弁のバイパス率の変化と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図４】比較例１による流量調節弁のバイパス率と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図５】比較例２による流量調節弁のバイパス率と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図６】従来例１のＣＯシフト反応装置の構成を示す図である。
【図７】従来例の構成によるシフト反応温度推移と、本発明の実施例１，２の構成によるシフト反応温度推移を対比して示す図である。
【図８】本発明の実施例２のＣＯシフト反応装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明のＣＯシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の石炭ガス化複合発電システムは、石炭を供給する石炭加圧供給設備２と、石炭をガス化するガス化炉４と、ガス熱交換器６と、脱塵・脱硫設備８と、石炭ガスを精製するガス精製設備１０と、精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービン１２と、精製されたガスの一部又は全部のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置１４と、ＣＯシフト反応装置１４から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービン１２の燃料の一部又は全部として供給するための吸収塔１６、吸収液再生装置１８及び吸収液循環ポンプ２０からなるＣＯ２分離回収設備とを備えている。
【００２８】
石炭は、石炭加圧供給設備２に供給されて粉砕乾燥され、窒素にて加圧されてガス化炉４へ供給されガス化される。ガス化された石炭ガスは、ガス熱交換器６にて熱回収され、脱塵・脱硫設備８で石炭ガス中の煤塵、硫黄酸化物が除去され、ガス精製設備１０で精製され、その精製ガスはＣＯシフト反応装置１４へ導入される。
【００２９】
ここで、ＣＯシフト反応装置１４の入口の精製ガスは代表組成が、Ｈ２：２５［ｖｏｌ．％］、ＣＯ：５５［ｖｏｌ．％］、ＣＯ２：２［ｖｏｌ．％］、ＣＨ４：１［ｖｏｌ．％］、Ｎ２：１７［ｖｏｌ．％］程度の混合ガスであり、ＣＯシフト反応装置１４において水蒸気と混合し、ＣＯシフト反応によりＣＯ２とＨ２が発生する。
【００３０】
ＣＯシフト反応装置１４の出口のガス組成は、ＣＯ２が３５〜４０％程度に増加しており、吸収塔１６内でアミン系吸収液に吸収させることによって、シフトガス中のＣＯ２のほぼ全量はＣＯ２吸収液に吸収され、後続のシステム（ガスタービン１２）に燃料（Ｈ２）として供給される。ＣＯ２を吸収した吸収液は吸収液再生装置１８にて加熱又は減圧によって吸収したＣＯ２を分離し、吸収液循環ポンプ２０により吸収塔１６に供給される。吸収液再生装置１８にて分離したＣＯ２は、液化、固形化等の固定化処理が施される。以下、本発明のＣＯシフト反応装置１４を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
ここで、本発明のＣＯシフト反応装置１４の構成の実施例１を、図２を参照して説明する。ＣＯシフト反応装置１４は、被処理ガスの主ガスライン２１により直列接続された複数のシフト反応器として、鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器２２と、第１の高温シフト反応器２２の下流側に設けられ、鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器２４と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器２６とを備えて構成される。第１の高温シフト反応器２２の上流側に接続された主ガスライン２１には、分岐部２７で分岐されて最上流の第１の高温シフト反応器２２をバイパスして第１の高温シフト反応器２２の下流側に精製ガスを導入する第１のバイパスライン２８が備えられている。分岐部２７から第１の高温シフト反応器２２の上流側に精製ガスを導入する主ガスライン２１に本流用流量調整弁２９が設けられ、第１のバイパスライン２８上にバイパス用流量調整弁３０が設けられている。本流用流量調整弁２９と第１の高温シフト反応器２２との間にシフト反応用蒸気ミキサー３２が設けられている。
なお、本実施例においては、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とが独立し、かつ双方を備えた構成の例を示しているが、これらが、本発明の課題を解決するための手段としての流量調節手段（第１の流量調節手段）として機能するものであれば、構成を問わず、例えば分岐部２７と一体的に構成されるものであっても良い。つまり、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０のいずれか一方により第１の流量調節手段を構成することができる。また、分岐点２７と本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とを一体化して、第１の流量調節手段を構成するようにすることができる。
【００３２】
また、ＣＯシフト反応装置１４は、導入される精製ガスを予熱する第１の予熱器３４と、第１の予熱器３４で予熱された精製ガスを脱硫処理する脱硫器３６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２から第１の高温シフト反応器２２に導入されるガスを予熱する第２の予熱器３８と、第１の高温シフト反応器２２から第２の高温シフト反応器２４に導入されるガスを冷却する第１のシフトガス冷却器４０と、第２の高温シフト反応器２４から低温シフト反応器２６に導入されるガスを冷却する第２のシフトガス冷却器４２と、低温シフト反応器２６から排出されるガスを冷却する第３のシフトガス冷却器４６と、第３のシフトガス冷却器４６から排出されるガスが導入されるノックアウトドラム４８とを備えている。また、脱硫器３６と分岐部２７の間の主ガスライン２１の精製ガスをノックアウトドラム４８の下流のシフト済ガスのガスライン６８にバイパスする第２のバイパスライン５０が備えられている。第２のバイパスライン５０上には、流量調節手段５２が備えられている。また、ガスライン６８から分岐したガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４が設けられている。低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側のシフト反応用蒸気ミキサー３２のガス流入側に戻すラインであり、リサイクルガスライン６４上にリサイクルガス圧縮機６２とリサイクルガス用流量調整弁６６とが設けられている。
【００３３】
さらに、ＣＯシフト反応装置１４に流入される精製ガス（被処理ガス）の流量を検出する第１の流量発信器５４と、第２のバイパスライン５０のガスの流量を検出する第２の流量発信器５６と、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８が設けられている。各流量発信器５４、５６の流量と、温度計測器５８の温度は制御装置６０に入力され、制御装置６０はそれらの流量及び温度に基づいて流量調節手段２９、３０の開度を制御して各ラインに流れるガスの流量を調節するようになっている。なお、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８は、第１の高温シフト反応器２２の触媒充填部出口付近の触媒層内のガス温度を計測するようにしても良い。
【００３４】
このように構成されるＣＯシフト反応装置１４の動作について説明する。ガス精製設備１０から排出された精製ガスは、第１の予熱器３４により、脱硫器３６の使用温度へと加熱される。脱硫器３６は、下流のシフト触媒の触媒毒となる精製ガス中の硫黄分を低減する。脱硫されたガスは、分岐部２７で、主ガスライン２１と、第１のバイパスライン２８に分岐する。第１のバイパスライン２８に流入した精製ガスは、第１の高温シフト反応器２２をバイパスして、第１のシフトガス冷却器４０に向かう。主ガスライン２１に流入したガスには、シフト反応用蒸気ミキサー３２によりシフト反応に必要な水蒸気が供給される。
【００３５】
第２の予熱器３８は、水蒸気が供給された混合ガスを第１の高温シフト反応器２２の触媒反応温度である３００℃まで加熱する。第１の高温シフト反応器２２は、混合ガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第１のシフトガス冷却器４０は、第１の高温シフト反応器２２から出たシフトガスと第１のバイパスライン２８からの精製ガスを、第２の高温シフト反応器２４の触媒反応温度である３００℃まで冷却する。
【００３６】
第２の高温シフト反応器２４は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第２のシフトガス冷却器４２は、第２の高温シフト反応器２４から出たシフトガスを低温シフト反応器２６の触媒反応温度である２２０℃まで冷却する。低温シフト反応器２６は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。
【００３７】
第３のシフトガス冷却器４６は、低温シフト反応器２６から出たシフトガスを常温近くまで冷却するため、ガス中に含まれる水分とガスが分離する。凝縮した水分は、ノックアウトドラム４８でドレンとして排出される。ノックアウトドラム４８を出たガスは、前述したように吸収塔１６へ流入する。なお、脱硫器３６から排出されたガスの一部を、第２のバイパスライン５０からノックアウトドラム４８の下流に流入させることでも、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できるようになっている。
【００３８】
以上説明したＣＯシフト反応装置１４の構成において、第１のバイパスライン２８を用いれば、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できる。しかし、図７を参照して前述したように、精製ガスを第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００３９】
そこで、本実施例１では、低温シフト反応器２６の下流側と第１の高温シフト反応器２２の上流側とを接続し、リサイクルガスの昇圧手段であるリサイクルガス圧縮機６２により低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスライン６４上に設けられたリサイクルガス用流量調整弁６６とを備えてＣＯシフト反応装置１４を構成している。
リサイクルガス用流量調整弁６６は、本発明の課題を解決するための手段としての第２の流量調節手段として機能する。
【００４０】
ノックアウトドラム４８を出たシフト反応が終了したガスは、ノックアウトドラム４８下流で分岐し、その一部は、リサイクルガス圧縮機６２及びリサイクルガス用流量調整弁６６を通るリサイクルガスライン６４に流入して、本流用流量調節弁２９とシフト反応用蒸気ミキサー３２との間に流入する。なお、リサイクルガスの昇圧手段であるリサイクルガス圧縮機６２は、リサイクルガスライン６４の圧力を調整する装置で構成されている。
本実施例１の説明においては、リサイクルガス圧縮機６２として説明するが、必ずしも当該機器の内部でガスが圧縮可能なものである必要は無い。リサイクルガスライン６４を通じたガスの搬送が可能であれば、ルーツ式ブロワなどのブロワの類も適用でき、望ましくは０．２ＭＰａ程度の昇圧ができれば良い。
【００４１】
このようにリサイクルガスライン６４によって、精製ガス中に含まれる高いＣＯ濃度ガスと、シフト反応後でＨ２及びＣＯ２リッチとなったガスとを混合することにより、第１の高温シフト反応器２２の上流側の精製ガスのＣＯ濃度を希釈することができる。
【００４２】
ここで、運転条件の一例として、精製ガス量とリサイクルガス量の割合を５：１、ＣＯ濃度５５％とした場合における本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０のバイパス率と、第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を表した図３を示す。なお、バイパス率とは、第１の高温シフト反応器２２に流れるガス流量と、第１のバイパスライン２８に流れるガス流量との割合を表すものである。例えば、図３で、バイパス率０．６とは、第１の高温シフト反応器２２に流れるガス流量：第１のバイパスライン２８に流れるガス流量＝４：６である。バイパス率の調整は、制御装置６０が行う。また、ＣＯ濃度は一例であって、これより高い場合も低い場合も傾向は同様である。
【００４３】
図３から分かるように、バイパス率の変化は、第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響を及ぼし、安定運転の目安である反応器出口温度４５０℃以下を満たすためには、本流用流量調節弁２９とバイパス用流量調節弁３０のバイパス率（以下、流量調節弁のバイパス率と略称する。）が約０．５以上必要である。また、第２の高温シフト反応器２４の出口温度に対する流量調節弁のバイパス率は約０．７５以下である。よって、本実施例において、安定運転には流量調節弁のバイパス率が０．５５〜０．７程度である必要がある。
【００４４】
本実施例では、シフト反応に伴う発熱反応を防ぐために、リサイクルガス及びシフト反応用蒸気ミキサー３２のシフト反応用蒸気により、ＣＯ濃度を希釈することが可能である。このため、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０に対してリサイクルガスとシフト反応用蒸気の投入箇所が重要となる。
【００４５】
そこで、比較例１として、図４（ａ）に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の上流にシフト反応用蒸気ミキサー３２を設け、シフト反応用蒸気ミキサー上流にリサイクルガスライン６４を接続した場合の構成図を示す。また、この構成による本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０で調節するバイパス率と第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を図４（ｂ）に示す。なお、その他の構成及び条件は実施例１と同じであり、冷却器等は省略している。
【００４６】
図４（ｂ）から分かるように、本比較例１では、バイパス率の変化による第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響が及んでいない。よって、リサイクルガス流量に関係なく、シフト反応触媒耐熱温度を超過するため、安全運転はできないので、この構成は適切でないと判断できる。
【００４７】
また、比較例２として、図５（ａ）に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の上流にリサイクルガスライン６４を接続した場合の構成図を示す。また、この構成によるバイパス率と第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を図５（ｂ）に示す。なお、その他の構成及び条件は実施例１と同じである。
【００４８】
図５（ｂ）から分かるように、バイパス率の変化は、第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響を及ぼし、安定運転の目安である反応器出口温度４５０℃以下を満たすためには、全てのリサイクルガス流量に対して流量調節弁のバイパス率が約０．５５以上である。また、第２の高温シフト反応器２４の出口温度４５０℃以下を満たすためには、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０で調節するバイパス率は約０．７５以下である。本比較例において、安定運転には流量調節弁のバイパス率を０．６〜０．７程度とする必要がある。
【００４９】
以上の結果から、安定運転のためのバイパス率の幅が大きい本実施例１の構成が最適であることが分かる。すなわち、安定運転のためのバイパス率の幅が大きければ、石炭性状によりＣＯ濃度が変化したとしても、その変化を吸収して安定運転上限温度を超過することなく運転することができる。また、石炭性状の異なる炭種によってＣＯガス濃度が変化しても対応できることから、幅広い炭種に適用することができる。
【００５０】
前述したようにＣＯシフト反応装置は、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度域での運転、かつ、第１、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくし、シフト反応器内温度を等しくすることが望ましい。また、石炭ガス化ガス組成をはじめとして運転条件が同一であることはないため、約０．５５〜０．７のバイパス率を変化させて安定運転を行うことが望ましい。
【００５１】
また、ＣＯ濃度が低く、第１の高温シフト反応器２２で被処理ガスである精製ガスを全量処理しても触媒耐熱限界温度を超過せずに運転することができ、第２の高温シフト反応器２４へのバイパスを行わなくてよい場合であっても、バイパスを行って、可能な限り第１、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくすることが望ましい。
【００５２】
なお、図６に示す従来例のＣＯシフト反応装置の第１のバイパスライン２８でバイパスするのみでは、図７からわかるように、第１の高温シフト反応器２２の触媒温度はかなり高い。また、石炭原料性状やガス流量の変動により、ＣＯ濃度が高いだけでなく不安定であるため、第１の高温シフト反応器２２内の温度を制御することが重要であるが、従来例の構成では、この課題を解決することは困難である。
【００５３】
以上説明したように本実施例１によれば、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の一部をリサイクルガス圧縮機６２によって第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すことにより、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００５４】
また、本流用流量調節弁２９を用いて、第１の高温シフト反応器２２の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、第１の高温シフト反応器２２に流入する前の精製ガスの一部をその下流の第２の高温シフト反応器２４に流入させることで、第１の高温シフト反応器２２に流入する精製ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。また、同様に、バイパス用流量調節弁３０を用いて、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の、第１の高温シフト反応器２２の上流側への流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。特に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の両方を用いて、バイパス率を変えることができるので、各シフト反応器の温度上昇を抑制して、触媒の劣化を抑制できる。
【００５５】
以上、本実施例１について説明したが、本発明は、これらに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、シフト反応器の数は、さらに増やすことができ、低温シフト反応器を２段以上とすることもでき、温度検出手段を適宜増やすこともできる。
【００５６】
また、第２のバイパスライン５０がなくても、本発明の課題は解決できる。また、制御装置６０による精製ガスとリサイクルガスの混合流量調節は、本流用流量調節弁２９とリサイクルガス用流量調整弁６６とを用いて行ってもよく、バイパス用流量調節弁３０とリサイクルガス用流量調整弁６６とを用いて行ってもよい。また、バイパス用流量調節弁３０は、第１の高温シフト反応器２２に流入するガス量を調節可能ならば、第１のバイパスライン２８上になくてもよい。
【実施例２】
【００５７】
本発明のＣＯシフト反応装置１４の実施例２の構成を図８を参照して説明する。ＣＯシフト反応装置１４は、主ガスライン２１により直列接続された複数のシフト反応器として、鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器２２と、第１の高温シフト反応器２２の下流側に設けられ、鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器２４と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器２６とを備えて構成される。第１の高温シフト反応器２２の上流側に接続された主ガスライン２１には、分岐部２７で分岐されて最上流の第１の高温シフト反応器２２をバイパスして第１の高温シフト反応器２２の下流側に精製ガスを導入する第１のバイパスライン２８が備えられている。分岐部２７から第１の高温シフト反応器２２の上流側に精製ガスを導入する主ガスライン２１に本流用流量調整弁２９が設けられ、第１のバイパスライン２８上にバイパス用流量調整弁３０が設けられている。本流用流量調整弁２９と第１の高温シフト反応器２２との間にシフト反応用蒸気ミキサー３２が設けられている。また、実施例１と同様、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とにより第１の流量調節手段が構成され、さらに、例えば分岐部２７と一体的に構成されても良い。
【００５８】
また、ＣＯシフト反応装置１４は、導入される精製ガスを予熱する第１の予熱器３４と、予熱された精製ガスを脱硫処理する脱硫器３６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２から第１の高温シフト反応器２２に導入されるガスを予熱する第２の予熱器３８と、第１の高温シフト反応器２２から第２の高温シフト反応器２４に導入されるガスを冷却する第１のシフトガス冷却器４０と、第２の高温シフト反応器２４から低温シフト反応器２６に導入されるガスを冷却する第２のシフトガス冷却器４２と、低温シフト反応器２６から排出されるガスを冷却する第３のシフトガス冷却器４６と、第３のシフトガス冷却器４６から排出されるガスが導入されるノックアウトドラム４８とを備えている。また、第１のシフトガス冷却器４０に流通するガスをバイパスするライン上に流量調節弁１０４が設けられ、第２のシフトガス冷却器４２に流通するガスをバイパスするライン上に流量調節弁１０６が設けられている。脱硫器３６と分岐部２７の間の主ガスライン２１の精製ガスをノックアウトドラム４８の下流のシフト済みのガスライン６８にバイパスする第２のバイパスライン５０が備えられている。第２のバイパスライン５０上には、流量調節手段５２が備えられている。また、ガスライン６８から分岐したガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４が設けられている。低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側のシフト反応用蒸気ミキサー３２のガス流入側に戻すラインであり、リサイクルガスライン６４上にリサイクルガス圧縮機６２とリサイクルガス用流量調整弁１００とが設けられている。リサイクルガス用流量調整弁１００の上流側のリサイクルガスライン６４から分岐して、リサイクルガスを流量調節弁１０２を介して第２の高温シフト反応器２４の上流に戻すことができるようになっている。
【００５９】
さらに、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８と、第２の高温シフト反応器２４から排出されるガスの温度を計測する温度計測器１０８と、低温シフト反応器２６から排出されるガスの温度を計測する温度計測器１１０と、各温度計測器の温度に基づいて各流量調節弁２９、３０、５２、１００、１０２、１０４，１０５の開度を制御して各ラインに流れるガスの流量調節手段を備えている。
【００６０】
このように構成されるＣＯシフト反応装置１４の動作について説明する。ガス精製設備１０から排出された精製ガスは、第１の予熱器３４により、脱硫器３６の使用温度へと加熱される。脱硫器３６は、下流のシフト触媒の触媒毒となる精製ガス中の硫黄分を低減する。脱硫されたガスは、分岐部２７で、主ガスラインである主ガスライン２１と、第１のバイパスライン２８に分岐する。第１のバイパスライン２８に流入した精製ガスは、第１の高温シフト反応器２２をバイパスして、第１のシフトガス冷却器４０に向かう。主ガスライン２１に流入したガスには、シフト反応用蒸気ミキサー３２によりシフト反応に必要な水蒸気が供給される。
【００６１】
第２の予熱器３８は、水蒸気が供給された混合ガスを第１の高温シフト反応器２２の触媒反応温度である３００℃まで加熱する。第１の高温シフト反応器２２は、混合ガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第１のシフトガス冷却器４０は、第１の高温シフト反応器２２から出たシフトガスと第１のバイパスライン２８からの精製ガスを、第２の高温シフト反応器２４の触媒反応温度である３００℃まで冷却する。
【００６２】
第２の高温シフト反応器２４は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第２のシフトガス冷却器４２は、第２の高温シフト反応器２４から出たシフトガスを低温シフト反応器２６の触媒反応温度である２２０℃まで冷却する。低温シフト反応器２６は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。
【００６３】
第３のシフトガス冷却器４６は、低温シフト反応器２６から出たシフトガスを常温近くまで冷却するため、ガス中に含まれる水分とガスが分離する。凝縮した水分は、ノックアウトドラム４８でドレンとして排出される。ノックアウトドラム４８を出たガスは、前述したように吸収塔１６に流入する。なお、脱硫器３６から排出されたガスの一部を、第２のバイパスライン５０からノックアウトドラム４８の下流に流入させることでも、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できるようになっている。
【００６４】
以上説明した本実施例のＣＯシフト反応装置１４の構成において、第１のバイパスライン２８を用いれば、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できる。しかし、図７を参照して前述したように、精製ガスを第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００６５】
そこで、本実施例２では、低温シフト反応器２６の下流側と第１の高温シフト反応器２２の上流側とを接続し、リサイクルガス圧縮機６２により低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスライン６４上に設けられたリサイクルガス用流量調節弁１００と、リサイクルガスライン６４を分岐して第２の高温シフト反応器２４の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン１１２と、リサイクルガスバイパスライン１１２上に設けられたリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２とを備えてＣＯシフト反応装置１４を構成している。ここで、リサイクルガス用流量調節弁１００とリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２のそれぞれにより、又はそれら双方により第２の流量調節手段を構成している。また、リサイクルガスライン６４とリサイクルガスバイパスライン１０２との分岐点と、リサイクルガス用流量調節弁１００及びリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２とを一体化して、第２の流量調節手段を構成するようにすることができる。
【００６６】
ノックアウトドラム４８を出たシフト反応が終了したガスは、ノックアウトドラム４８下流で分岐し、その一部は、リサイクルガス圧縮機６２及びリサイクルガス用流量調節弁１００を通るリサイクルガスライン６４に流入して、本流用流量調節弁２９とシフト反応用蒸気ミキサー３２との間に流入する。またリサイクルガスライン６４に流入した、その一部は、リサイクルガスライン６４を分岐してリサイクルガスバイパスライン１１２に流入して、第２の高温シフト反応器２４の上流側に流入する。なお、リサイクルガス圧縮機６２は、リサイクルガスライン６４及びリサイクルガスバイパスライン１１２の圧力調整をする装置で構成されている。
【００６７】
このようにリサイクルガスライン６４及びリサイクルガスバイパスライン１１２によって、精製ガス中に含まれる高いＣＯ濃度ガスと、シフト反応後でＨ２及びＣＯ２リッチとなったガスとを混合することにより、第１の高温シフト反応器２２の上流側の精製ガスのＣＯ濃度及び第２の高温シフト反応器２４の上流側のガス中ＣＯ濃度を希釈することができる。
【００６８】
また、ＣＯ濃度が低く、第１の高温シフト反応器２２で石炭ガス化ガスを精製した精製ガスを全量処理しても触媒耐熱限界温度を超過せずに運転することができ、第２の高温シフト反応器２４のバイパスを行わなくてよい場合であっても、バイパスを行って、可能な限り第1、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくすることが望ましい。
【００６９】
なお、図６に示す従来例のＣＯシフト反応装置の第1のバイパスライン２８でバイパスするのみでは、図７からわかるように、第１の高温シフト反応器２２の触媒温度はかなり高い。また、石炭原料性状やガス流量の変動により、ＣＯ濃度が高いだけでなく不安定であるため、第１の高温シフト反応器２２内の温度を制御することが重要であるが、従来例の構成では、この課題を解決することは困難である。
【００７０】
以上説明したように、本実施例２によれば、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の一部をリサイクルガス圧縮機６２によって第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すことにより、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、また第２の高温シフト反応器２４の上流側に戻すことにより、第２の高温シフト反応器２４に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００７１】
また、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０を用いて、第１の高温シフト反応器２２の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２シフトさせる温度以上になるように、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスの一部をその下流の第２の高温シフト反応器２４に流入させることで、第１の高温シフト反応器２２に流入するガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触妹の劣化を抑制することができる。また、同様に、リサイクルガス用流量調節弁１００及びリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２を用いて、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の、第１の高温シフト反応器２２の上流側への流入量、及び第２の高温シフト反応器２４の上流側への流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。特に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の両方を用いて、バイパス率を変えることができるので、各シフト反応器の温度上昇を抑制して、触媒の劣化を抑制できる。
【００７２】
以上、本実施例２について説明したが、本発明は、これらに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、シフト反応器の数は、さらに増やすことができ、低温シフト反応器を２段以上とすることもでき、温度検出手段を適宜増やすこともできる。
【００７３】
また、第２のバイパスライン５０がなくても、本発明の課題は解決できる。また、バイパス用流量調節弁３０は、第１の高温シフト反応器に流入するガス量を調節可能ならば、第１のバイパスライン２８上になくてもよい。また、リサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２は、第２の高温シフト反応器に流入するガス量を調節可能ならば、リサイクルガスバイパスライン１１２上になくてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１４ ＣＯシフト反応装置
２１ 主ガスライン
２２ 第１の高温シフト反応器
２４ 第２の高温シフト反応器
２６ 低温シフト反応器
２８ 第１のバイパスライン
２９ 本流用流量調節弁
３０ バイパス用流量調節弁
３２ シフト反応用蒸気ミキサー
５０ 第２のバイパスライン
５８ 温度計測器
６０ 制御装置
６２ リサイクルガス圧縮機
６４ リサイクルガスライン
６６ リサイクルガス用流量調節弁
１００ リサイクルガス用流量調節弁
１０２ リサイクルガスバイパス用流量調節弁
１１２ リサイクルガスバイパスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電システムに用いられるＣＯシフト反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚火力発電プラントの効率の向上を図る技術として、石炭ガス化複合発電（Integrated Coal Gasification Cycle）システム（以下単に「石炭ガス化システム」という）が研究・開発されている。石炭ガス化システムでは、石炭ガス化過程で高濃度のＣＯ（一酸化炭素）が発生するため、ＣＯシフト反応装置を設け、ＣＯを水蒸気と反応（以下「シフト反応」という）させて、Ｈ２（水素）とＣＯ２（二酸化炭素）を生成させる。このうち、Ｈ２はガスタービンへ燃料の一部として供給し、ＣＯ２はＣＯ２回収設備（吸収液等）で効率的に回収して、プラントからのＣＯ２放出量の低減、発電効率の向上が図られている。
【０００３】
このようなシステムでは、ＣＯ２吸収装置に流入するガスに空気が含まれず、ガス処理量が石炭焚ボイラと比較して約３分の１と少なく、運転圧力が２．５［ＭＰａ］と高いため、吸収液へのＣＯ２吸収が容易という利点がある。ＣＯシフト反応装置が有するシフト反応器には、シフト反応触媒（以下単に「触媒」という）が充填されている。シフト反応により高濃度のＣＯを十分に低い濃度まで低減させるために、温度特性等の異なる複数種類の触媒を用い、ガス上流側に高温シフト反応器、下流側に低温シフト反応器を備えた図６に記載のシフト反応装置が一般的である。
【０００４】
ここで、シフト反応器を高温用・低温用と２段階設けるのは、ＣＯ濃度が非常に高く、反応に伴い大きな発熱が生じるためである。すなわち、ＣＯ濃度の高いガスは、まず触媒の耐熱性の大きい高温シフト触媒で反応させた後、冷却器で冷却し触媒耐熱限界温度の低い低温シフト触媒にて反応させる。また、シフト反応が一気に進行すると、高温シフト触媒の触媒耐熱限界温度も超過する可能性があるため、高温シフト反応器も２段に分けて使用する。
【０００５】
ところで、石炭ガス化過程で発生するＣＯの濃度は、起動時等の低負荷運転において、単位処理ガス量あたりのＣＯ量が増加して高濃度となるため、定格運転時よりも１０［ｖｏｌ．％］程度高くなる。また、ガス化炉構造及び酸化剤の形式・方式にも依存し、特に、酸素吹石炭ガス化方式の場合には、定格運転時でも５０〜６０［ｖｏｌ．％］に達する。このようなＣＯ濃度が非常に高い被処理ガスがＣＯシフト反応装置へ流れ込むと、上流の高温シフト反応器で急激にシフト反応が進んで温度上昇し、充填された触媒の耐熱限界温度を超え、触媒の劣化が加速し、耐用年数が短くなる可能性がある。
【０００６】
そこで、図６に示すように、被処理ガスである精製ガスを流量調節弁３１を用いて第１のバイパスライン２８により、第１の高温シフト反応器２２をバイパスする。このように精製ガスの一部を、第１のバイパスライン２８へ分岐することで、第１の高温シフト反応器２２に入るガス量を減らし、反応器の温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３３１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、精製ガスの一部を第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、以下に示す問題が生ずる。すなわち、シフト反応装置においては、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度域での運転を行い、最上流と２段目以降の高温シフト反応器での反応量を等しく、つまり、シフト反応器内温度を等しくして触媒の劣化を防ぎ、耐用年数を長くする運転が望ましい。
【０００９】
ここで、図７にシフト反応温度推移を示す。なお、高温シフト触媒の反応温度域は３００〜４７０℃で触媒耐熱限界温度は４８０℃、低温シフト触媒の反応温度域は２２０〜２６０℃で触媒耐熱限界温度は２８０℃である。バイパスラインのみによる従来例のシフト反応温度推移を見ると、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過していない。しかし、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ濃度が高い条件で運転されても、充填された触媒の劣化を抑制できるＣＯシフト反応装置及びこれを備えた石炭ガス化複合発電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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のＣＯシフト反応装置の第１の態様は、石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）の上流側（２７）から分岐し、該最上流のシフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続するバイパスライン（２８）と、該バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側と前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側であって前記バイパスライン（２８）の分岐部（２７）よりも下流側とを接続し、昇圧手段（６２）により最下流のシフト反応器（２６）の下流側のガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）に流入するガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（６６）と、前記最上流のシフト反応器（２２）と前記リサイクルガスライン（６４）の前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側への接続部との間に設けられるシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）から排出されるガス又は最上流のシフト反応器（２２）の触媒充填部出口付近のガス温度の少なくとも一方を計測する温度計測手段（５８）とを備え、該温度計測手段（５８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第1の流量調節手段及び前記第２の流量調節手段（６６）を用いて前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量を調節することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の態様の構成は、後述する本発明の実施例１のＣＯシフト反応装置に対応する。すなわち、実施例１のＣＯシフト反応装置によれば、図７に示したシフト反応温度推移のように、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過しておらず、最上流の高温シフト反応器２２の触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転が可能となるから、従来よりも触媒の劣化を改善できる。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の一部を圧縮機によって最上流のシフト反応器の上流側に戻すことにより、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００１４】
この場合において、前記最上流のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が前記最上流のシフト反応器の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１の流量調節手段及び第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて前記最上流のシフト反応器に流入する被処理ガス流量を調節する。
【００１５】
これにより、第１及び第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスの一部をその下流の次段のシフト反応器に流入させることで、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。
【００１６】
また、最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、該第１の高温シフト反応器の下流側に設けられる次段のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有する構成とすることができる。なお、各温度に適するシフト反応器の数は、これに限られない。
【００１７】
また、以上説明したシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムとして、石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、精製されたガスの一部もしくは全量のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービンの燃料の一部として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備えたシステムを構成できる。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明のＣＯシフト反応装置の第２の態様は、石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００、１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とする石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００、１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の態様の構成は、本発明の第１の態様のＣＯシフト反応装置を改良したものであり、後述する本発明の実施例２に対応する。すなわち、後述する本発明の実施例１のＣＯシフト反応装置によれば、図７に示したシフト反応温度推移のように、各シフト反応器において、触媒耐熱限界温度は超過していないから、従来よりも触媒の劣化を改善できる。しかし、第１の高温シフト反応器２２の触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転によっても、第２の高温シフト反応器２４の触媒温度が上昇し、同じように触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。このことに鑑み、実施例２に対応する本発明の第２の態様を提案するものである。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の一部を圧縮機によって最上流のシフト反応器の上流側及び次段のシフト反応器の上流側に戻すことにより、最上流のシフト反応器及び次段のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、次段のシフト反応器を含めて触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００２１】
この場合において、前記最上流のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が前記最上流のシフト反応器の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１の流量調節手段及び第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて前記最上流のシフト反応器に流入する被処理ガス流量を調節する。また、次段のシフト反応器から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段で計測された温度が次段のシフト反応器の触媒耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、第２の流量調節手段を用いて最上流のシフト反応器に流入するガス流量を調節する構成とすることが望ましい。
【００２２】
これにより、第１及び第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスの一部をその下流の次段のシフト反応器に流入させることで、最上流のシフト反応器に流入する被処理ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。また、同様に、第２の流量調節手段を用いて、最上流のシフト反応器の上流側及び次段のシフト反応器の上流側へリサイクルする最下流のシフト反応器の下流側のガス（ＣＯ２）の流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。なお、耐熱限界温度より低い温度とは、耐熱限界温度より３０℃以上低い温度であることが望ましい。
【００２３】
また、最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、該第１の高温シフト反応器の下流側に設けられる次段のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有する構成とすることができる。なお、各温度に適するシフト反応器の数は、これに限られない。
【００２４】
また、以上説明したシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムとして、石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、精製されたガスの一部もしくは全量のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービンの燃料の一部として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備えたシステムを構成できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＣＯ濃度が高い条件で運転されても、充填された触媒の劣化を抑制できるＣＯシフト反応装置及びこれを備えた石炭ガス化複合発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のＣＯシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明のＣＯシフト反応装置の実施例１の構成を示す図である。
【図３】実施例１による流量調節弁のバイパス率の変化と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図４】比較例１による流量調節弁のバイパス率と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図５】比較例２による流量調節弁のバイパス率と、第１の高温シフト反応器の出口温度の変化との関係を示す図である。
【図６】従来例１のＣＯシフト反応装置の構成を示す図である。
【図７】従来例の構成によるシフト反応温度推移と、本発明の実施例１，２の構成によるシフト反応温度推移を対比して示す図である。
【図８】本発明の実施例２のＣＯシフト反応装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明のＣＯシフト反応装置を用いた石炭ガス化複合発電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の石炭ガス化複合発電システムは、石炭を供給する石炭加圧供給設備２と、石炭をガス化するガス化炉４と、ガス熱交換器６と、脱塵・脱硫設備８と、石炭ガスを精製するガス精製設備１０と、精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービン１２と、精製されたガスの一部又は全部のＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置１４と、ＣＯシフト反応装置１４から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、シフトガスから分離されたＨ２をガスタービン１２の燃料の一部又は全部として供給するための吸収塔１６、吸収液再生装置１８及び吸収液循環ポンプ２０からなるＣＯ２分離回収設備とを備えている。
【００２８】
石炭は、石炭加圧供給設備２に供給されて粉砕乾燥され、窒素にて加圧されてガス化炉４へ供給されガス化される。ガス化された石炭ガスは、ガス熱交換器６にて熱回収され、脱塵・脱硫設備８で石炭ガス中の煤塵、硫黄酸化物が除去され、ガス精製設備１０で精製され、その精製ガスはＣＯシフト反応装置１４へ導入される。
【００２９】
ここで、ＣＯシフト反応装置１４の入口の精製ガスは代表組成が、Ｈ２：２５［ｖｏｌ．％］、ＣＯ：５５［ｖｏｌ．％］、ＣＯ２：２［ｖｏｌ．％］、ＣＨ４：１［ｖｏｌ．％］、Ｎ２：１７［ｖｏｌ．％］程度の混合ガスであり、ＣＯシフト反応装置１４において水蒸気と混合し、ＣＯシフト反応によりＣＯ２とＨ２が発生する。
【００３０】
ＣＯシフト反応装置１４の出口のガス組成は、ＣＯ２が３５〜４０％程度に増加しており、吸収塔１６内でアミン系吸収液に吸収させることによって、シフトガス中のＣＯ２のほぼ全量はＣＯ２吸収液に吸収され、後続のシステム（ガスタービン１２）に燃料（Ｈ２）として供給される。ＣＯ２を吸収した吸収液は吸収液再生装置１８にて加熱又は減圧によって吸収したＣＯ２を分離し、吸収液循環ポンプ２０により吸収塔１６に供給される。吸収液再生装置１８にて分離したＣＯ２は、液化、固形化等の固定化処理が施される。以下、本発明のＣＯシフト反応装置１４を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
ここで、本発明のＣＯシフト反応装置１４の構成の実施例１を、図２を参照して説明する。ＣＯシフト反応装置１４は、被処理ガスの主ガスライン２１により直列接続された複数のシフト反応器として、鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器２２と、第１の高温シフト反応器２２の下流側に設けられ、鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器２４と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器２６とを備えて構成される。第１の高温シフト反応器２２の上流側に接続された主ガスライン２１には、分岐部２７で分岐されて最上流の第１の高温シフト反応器２２をバイパスして第１の高温シフト反応器２２の下流側に精製ガスを導入する第１のバイパスライン２８が備えられている。分岐部２７から第１の高温シフト反応器２２の上流側に精製ガスを導入する主ガスライン２１に本流用流量調整弁２９が設けられ、第１のバイパスライン２８上にバイパス用流量調整弁３０が設けられている。本流用流量調整弁２９と第１の高温シフト反応器２２との間にシフト反応用蒸気ミキサー３２が設けられている。
なお、本実施例においては、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とが独立し、かつ双方を備えた構成の例を示しているが、これらが、本発明の課題を解決するための手段としての流量調節手段（第１の流量調節手段）として機能するものであれば、構成を問わず、例えば分岐部２７と一体的に構成されるものであっても良い。つまり、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０のいずれか一方により第１の流量調節手段を構成することができる。また、分岐点２７と本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とを一体化して、第１の流量調節手段を構成するようにすることができる。
【００３２】
また、ＣＯシフト反応装置１４は、導入される精製ガスを予熱する第１の予熱器３４と、第１の予熱器３４で予熱された精製ガスを脱硫処理する脱硫器３６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２から第１の高温シフト反応器２２に導入されるガスを予熱する第２の予熱器３８と、第１の高温シフト反応器２２から第２の高温シフト反応器２４に導入されるガスを冷却する第１のシフトガス冷却器４０と、第２の高温シフト反応器２４から低温シフト反応器２６に導入されるガスを冷却する第２のシフトガス冷却器４２と、低温シフト反応器２６から排出されるガスを冷却する第３のシフトガス冷却器４６と、第３のシフトガス冷却器４６から排出されるガスが導入されるノックアウトドラム４８とを備えている。また、脱硫器３６と分岐部２７の間の主ガスライン２１の精製ガスをノックアウトドラム４８の下流のシフト済ガスのガスライン６８にバイパスする第２のバイパスライン５０が備えられている。第２のバイパスライン５０上には、流量調節手段５２が備えられている。また、ガスライン６８から分岐したガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４が設けられている。低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側のシフト反応用蒸気ミキサー３２のガス流入側に戻すラインであり、リサイクルガスライン６４上にリサイクルガス圧縮機６２とリサイクルガス用流量調整弁６６とが設けられている。
【００３３】
さらに、ＣＯシフト反応装置１４に流入される精製ガス（被処理ガス）の流量を検出する第１の流量発信器５４と、第２のバイパスライン５０のガスの流量を検出する第２の流量発信器５６と、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８が設けられている。各流量発信器５４、５６の流量と、温度計測器５８の温度は制御装置６０に入力され、制御装置６０はそれらの流量及び温度に基づいて流量調節手段２９、３０の開度を制御して各ラインに流れるガスの流量を調節するようになっている。なお、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８は、第１の高温シフト反応器２２の触媒充填部出口付近の触媒層内のガス温度を計測するようにしても良い。
【００３４】
このように構成されるＣＯシフト反応装置１４の動作について説明する。ガス精製設備１０から排出された精製ガスは、第１の予熱器３４により、脱硫器３６の使用温度へと加熱される。脱硫器３６は、下流のシフト触媒の触媒毒となる精製ガス中の硫黄分を低減する。脱硫されたガスは、分岐部２７で、主ガスライン２１と、第１のバイパスライン２８に分岐する。第１のバイパスライン２８に流入した精製ガスは、第１の高温シフト反応器２２をバイパスして、第１のシフトガス冷却器４０に向かう。主ガスライン２１に流入したガスには、シフト反応用蒸気ミキサー３２によりシフト反応に必要な水蒸気が供給される。
【００３５】
第２の予熱器３８は、水蒸気が供給された混合ガスを第１の高温シフト反応器２２の触媒反応温度である３００℃まで加熱する。第１の高温シフト反応器２２は、混合ガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第１のシフトガス冷却器４０は、第１の高温シフト反応器２２から出たシフトガスと第１のバイパスライン２８からの精製ガスを、第２の高温シフト反応器２４の触媒反応温度である３００℃まで冷却する。
【００３６】
第２の高温シフト反応器２４は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第２のシフトガス冷却器４２は、第２の高温シフト反応器２４から出たシフトガスを低温シフト反応器２６の触媒反応温度である２２０℃まで冷却する。低温シフト反応器２６は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。
【００３７】
第３のシフトガス冷却器４６は、低温シフト反応器２６から出たシフトガスを常温近くまで冷却するため、ガス中に含まれる水分とガスが分離する。凝縮した水分は、ノックアウトドラム４８でドレンとして排出される。ノックアウトドラム４８を出たガスは、前述したように吸収塔１６へ流入する。なお、脱硫器３６から排出されたガスの一部を、第２のバイパスライン５０からノックアウトドラム４８の下流に流入させることでも、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できるようになっている。
【００３８】
以上説明したＣＯシフト反応装置１４の構成において、第１のバイパスライン２８を用いれば、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できる。しかし、図７を参照して前述したように、精製ガスを第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００３９】
そこで、本実施例１では、低温シフト反応器２６の下流側と第１の高温シフト反応器２２の上流側とを接続し、リサイクルガスの昇圧手段であるリサイクルガス圧縮機６２により低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスライン６４上に設けられたリサイクルガス用流量調整弁６６とを備えてＣＯシフト反応装置１４を構成している。
リサイクルガス用流量調整弁６６は、本発明の課題を解決するための手段としての第２の流量調節手段として機能する。
【００４０】
ノックアウトドラム４８を出たシフト反応が終了したガスは、ノックアウトドラム４８下流で分岐し、その一部は、リサイクルガス圧縮機６２及びリサイクルガス用流量調整弁６６を通るリサイクルガスライン６４に流入して、本流用流量調節弁２９とシフト反応用蒸気ミキサー３２との間に流入する。なお、リサイクルガスの昇圧手段であるリサイクルガス圧縮機６２は、リサイクルガスライン６４の圧力を調整する装置で構成されている。
本実施例１の説明においては、リサイクルガス圧縮機６２として説明するが、必ずしも当該機器の内部でガスが圧縮可能なものである必要は無い。リサイクルガスライン６４を通じたガスの搬送が可能であれば、ルーツ式ブロワなどのブロワの類も適用でき、望ましくは０．２ＭＰａ程度の昇圧ができれば良い。
【００４１】
このようにリサイクルガスライン６４によって、精製ガス中に含まれる高いＣＯ濃度ガスと、シフト反応後でＨ２及びＣＯ２リッチとなったガスとを混合することにより、第１の高温シフト反応器２２の上流側の精製ガスのＣＯ濃度を希釈することができる。
【００４２】
ここで、運転条件の一例として、精製ガス量とリサイクルガス量の割合を５：１、ＣＯ濃度５５％とした場合における本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０のバイパス率と、第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を表した図３を示す。なお、バイパス率とは、第１の高温シフト反応器２２に流れるガス流量と、第１のバイパスライン２８に流れるガス流量との割合を表すものである。例えば、図３で、バイパス率０．６とは、第１の高温シフト反応器２２に流れるガス流量：第１のバイパスライン２８に流れるガス流量＝４：６である。バイパス率の調整は、制御装置６０が行う。また、ＣＯ濃度は一例であって、これより高い場合も低い場合も傾向は同様である。
【００４３】
図３から分かるように、バイパス率の変化は、第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響を及ぼし、安定運転の目安である反応器出口温度４５０℃以下を満たすためには、本流用流量調節弁２９とバイパス用流量調節弁３０のバイパス率（以下、流量調節弁のバイパス率と略称する。）が約０．５以上必要である。また、第２の高温シフト反応器２４の出口温度に対する流量調節弁のバイパス率は約０．７５以下である。よって、本実施例において、安定運転には流量調節弁のバイパス率が０．５５〜０．７程度である必要がある。
【００４４】
本実施例では、シフト反応に伴う発熱反応を防ぐために、リサイクルガス及びシフト反応用蒸気ミキサー３２のシフト反応用蒸気により、ＣＯ濃度を希釈することが可能である。このため、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０に対してリサイクルガスとシフト反応用蒸気の投入箇所が重要となる。
【００４５】
そこで、比較例１として、図４（ａ）に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の上流にシフト反応用蒸気ミキサー３２を設け、シフト反応用蒸気ミキサー上流にリサイクルガスライン６４を接続した場合の構成図を示す。また、この構成による本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０で調節するバイパス率と第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を図４（ｂ）に示す。なお、その他の構成及び条件は実施例１と同じであり、冷却器等は省略している。
【００４６】
図４（ｂ）から分かるように、本比較例１では、バイパス率の変化による第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響が及んでいない。よって、リサイクルガス流量に関係なく、シフト反応触媒耐熱温度を超過するため、安全運転はできないので、この構成は適切でないと判断できる。
【００４７】
また、比較例２として、図５（ａ）に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の上流にリサイクルガスライン６４を接続した場合の構成図を示す。また、この構成によるバイパス率と第１の高温シフト反応器２２の出口温度の変化を図５（ｂ）に示す。なお、その他の構成及び条件は実施例１と同じである。
【００４８】
図５（ｂ）から分かるように、バイパス率の変化は、第１の高温シフト反応器２２の出口温度に影響を及ぼし、安定運転の目安である反応器出口温度４５０℃以下を満たすためには、全てのリサイクルガス流量に対して流量調節弁のバイパス率が約０．５５以上である。また、第２の高温シフト反応器２４の出口温度４５０℃以下を満たすためには、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０で調節するバイパス率は約０．７５以下である。本比較例において、安定運転には流量調節弁のバイパス率を０．６〜０．７程度とする必要がある。
【００４９】
以上の結果から、安定運転のためのバイパス率の幅が大きい本実施例１の構成が最適であることが分かる。すなわち、安定運転のためのバイパス率の幅が大きければ、石炭性状によりＣＯ濃度が変化したとしても、その変化を吸収して安定運転上限温度を超過することなく運転することができる。また、石炭性状の異なる炭種によってＣＯガス濃度が変化しても対応できることから、幅広い炭種に適用することができる。
【００５０】
前述したようにＣＯシフト反応装置は、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度域での運転、かつ、第１、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくし、シフト反応器内温度を等しくすることが望ましい。また、石炭ガス化ガス組成をはじめとして運転条件が同一であることはないため、約０．５５〜０．７のバイパス率を変化させて安定運転を行うことが望ましい。
【００５１】
また、ＣＯ濃度が低く、第１の高温シフト反応器２２で被処理ガスである精製ガスを全量処理しても触媒耐熱限界温度を超過せずに運転することができ、第２の高温シフト反応器２４へのバイパスを行わなくてよい場合であっても、バイパスを行って、可能な限り第１、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくすることが望ましい。
【００５２】
なお、図６に示す従来例のＣＯシフト反応装置の第１のバイパスライン２８でバイパスするのみでは、図７からわかるように、第１の高温シフト反応器２２の触媒温度はかなり高い。また、石炭原料性状やガス流量の変動により、ＣＯ濃度が高いだけでなく不安定であるため、第１の高温シフト反応器２２内の温度を制御することが重要であるが、従来例の構成では、この課題を解決することは困難である。
【００５３】
以上説明したように本実施例１によれば、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の一部をリサイクルガス圧縮機６２によって第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すことにより、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００５４】
また、本流用流量調節弁２９を用いて、第１の高温シフト反応器２２の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、第１の高温シフト反応器２２に流入する前の精製ガスの一部をその下流の第２の高温シフト反応器２４に流入させることで、第１の高温シフト反応器２２に流入する精製ガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触媒の劣化を抑制することができる。また、同様に、バイパス用流量調節弁３０を用いて、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の、第１の高温シフト反応器２２の上流側への流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。特に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の両方を用いて、バイパス率を変えることができるので、各シフト反応器の温度上昇を抑制して、触媒の劣化を抑制できる。
【００５５】
以上、本実施例１について説明したが、本発明は、これらに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、シフト反応器の数は、さらに増やすことができ、低温シフト反応器を２段以上とすることもでき、温度検出手段を適宜増やすこともできる。
【００５６】
また、第２のバイパスライン５０がなくても、本発明の課題は解決できる。また、制御装置６０による精製ガスとリサイクルガスの混合流量調節は、本流用流量調節弁２９とリサイクルガス用流量調整弁６６とを用いて行ってもよく、バイパス用流量調節弁３０とリサイクルガス用流量調整弁６６とを用いて行ってもよい。また、バイパス用流量調節弁３０は、第１の高温シフト反応器２２に流入するガス量を調節可能ならば、第１のバイパスライン２８上になくてもよい。
【実施例２】
【００５７】
本発明のＣＯシフト反応装置１４の実施例２の構成を図８を参照して説明する。ＣＯシフト反応装置１４は、主ガスライン２１により直列接続された複数のシフト反応器として、鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器２２と、第１の高温シフト反応器２２の下流側に設けられ、鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器２４と、最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器２６とを備えて構成される。第１の高温シフト反応器２２の上流側に接続された主ガスライン２１には、分岐部２７で分岐されて最上流の第１の高温シフト反応器２２をバイパスして第１の高温シフト反応器２２の下流側に精製ガスを導入する第１のバイパスライン２８が備えられている。分岐部２７から第１の高温シフト反応器２２の上流側に精製ガスを導入する主ガスライン２１に本流用流量調整弁２９が設けられ、第１のバイパスライン２８上にバイパス用流量調整弁３０が設けられている。本流用流量調整弁２９と第１の高温シフト反応器２２との間にシフト反応用蒸気ミキサー３２が設けられている。また、実施例１と同様、本流用流量調整弁２９とバイパス用流量調整弁３０とにより第１の流量調節手段が構成され、さらに、例えば分岐部２７と一体的に構成されても良い。
【００５８】
また、ＣＯシフト反応装置１４は、導入される精製ガスを予熱する第１の予熱器３４と、予熱された精製ガスを脱硫処理する脱硫器３６と、シフト反応用蒸気ミキサー３２から第１の高温シフト反応器２２に導入されるガスを予熱する第２の予熱器３８と、第１の高温シフト反応器２２から第２の高温シフト反応器２４に導入されるガスを冷却する第１のシフトガス冷却器４０と、第２の高温シフト反応器２４から低温シフト反応器２６に導入されるガスを冷却する第２のシフトガス冷却器４２と、低温シフト反応器２６から排出されるガスを冷却する第３のシフトガス冷却器４６と、第３のシフトガス冷却器４６から排出されるガスが導入されるノックアウトドラム４８とを備えている。また、第１のシフトガス冷却器４０に流通するガスをバイパスするライン上に流量調節弁１０４が設けられ、第２のシフトガス冷却器４２に流通するガスをバイパスするライン上に流量調節弁１０６が設けられている。脱硫器３６と分岐部２７の間の主ガスライン２１の精製ガスをノックアウトドラム４８の下流のシフト済みのガスライン６８にバイパスする第２のバイパスライン５０が備えられている。第２のバイパスライン５０上には、流量調節手段５２が備えられている。また、ガスライン６８から分岐したガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４が設けられている。低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側のシフト反応用蒸気ミキサー３２のガス流入側に戻すラインであり、リサイクルガスライン６４上にリサイクルガス圧縮機６２とリサイクルガス用流量調整弁１００とが設けられている。リサイクルガス用流量調整弁１００の上流側のリサイクルガスライン６４から分岐して、リサイクルガスを流量調節弁１０２を介して第２の高温シフト反応器２４の上流に戻すことができるようになっている。
【００５９】
さらに、第１の高温シフト反応器２２から排出されるガスの温度を計測する温度計測器５８と、第２の高温シフト反応器２４から排出されるガスの温度を計測する温度計測器１０８と、低温シフト反応器２６から排出されるガスの温度を計測する温度計測器１１０と、各温度計測器の温度に基づいて各流量調節弁２９、３０、５２、１００、１０２、１０４，１０５の開度を制御して各ラインに流れるガスの流量調節手段を備えている。
【００６０】
このように構成されるＣＯシフト反応装置１４の動作について説明する。ガス精製設備１０から排出された精製ガスは、第１の予熱器３４により、脱硫器３６の使用温度へと加熱される。脱硫器３６は、下流のシフト触媒の触媒毒となる精製ガス中の硫黄分を低減する。脱硫されたガスは、分岐部２７で、主ガスラインである主ガスライン２１と、第１のバイパスライン２８に分岐する。第１のバイパスライン２８に流入した精製ガスは、第１の高温シフト反応器２２をバイパスして、第１のシフトガス冷却器４０に向かう。主ガスライン２１に流入したガスには、シフト反応用蒸気ミキサー３２によりシフト反応に必要な水蒸気が供給される。
【００６１】
第２の予熱器３８は、水蒸気が供給された混合ガスを第１の高温シフト反応器２２の触媒反応温度である３００℃まで加熱する。第１の高温シフト反応器２２は、混合ガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第１のシフトガス冷却器４０は、第１の高温シフト反応器２２から出たシフトガスと第１のバイパスライン２８からの精製ガスを、第２の高温シフト反応器２４の触媒反応温度である３００℃まで冷却する。
【００６２】
第２の高温シフト反応器２４は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。第２のシフトガス冷却器４２は、第２の高温シフト反応器２４から出たシフトガスを低温シフト反応器２６の触媒反応温度である２２０℃まで冷却する。低温シフト反応器２６は、冷却されたガス中のＣＯとＨ２Ｏから、触媒を用いてＣＯ２とＨ２にシフトさせる。
【００６３】
第３のシフトガス冷却器４６は、低温シフト反応器２６から出たシフトガスを常温近くまで冷却するため、ガス中に含まれる水分とガスが分離する。凝縮した水分は、ノックアウトドラム４８でドレンとして排出される。ノックアウトドラム４８を出たガスは、前述したように吸収塔１６に流入する。なお、脱硫器３６から排出されたガスの一部を、第２のバイパスライン５０からノックアウトドラム４８の下流に流入させることでも、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できるようになっている。
【００６４】
以上説明した本実施例のＣＯシフト反応装置１４の構成において、第１のバイパスライン２８を用いれば、第１の高温シフト反応器２２の温度上昇を抑制できる。しかし、図７を参照して前述したように、精製ガスを第１の高温シフト反応器２２をバイパスする構成とするのみでは、触媒耐熱限界温度より３０℃以上低い温度での運転ができないため、触媒耐熱限界温度を超過していないとしても、触媒の劣化が早く進み、耐用年数が短くなるという問題がある。
【００６５】
そこで、本実施例２では、低温シフト反応器２６の下流側と第１の高温シフト反応器２２の上流側とを接続し、リサイクルガス圧縮機６２により低温シフト反応器２６の下流側のガスを第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すリサイクルガスライン６４と、リサイクルガスライン６４上に設けられたリサイクルガス用流量調節弁１００と、リサイクルガスライン６４を分岐して第２の高温シフト反応器２４の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン１１２と、リサイクルガスバイパスライン１１２上に設けられたリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２とを備えてＣＯシフト反応装置１４を構成している。ここで、リサイクルガス用流量調節弁１００とリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２のそれぞれにより、又はそれら双方により第２の流量調節手段を構成している。また、リサイクルガスライン６４とリサイクルガスバイパスライン１０２との分岐点と、リサイクルガス用流量調節弁１００及びリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２とを一体化して、第２の流量調節手段を構成するようにすることができる。
【００６６】
ノックアウトドラム４８を出たシフト反応が終了したガスは、ノックアウトドラム４８下流で分岐し、その一部は、リサイクルガス圧縮機６２及びリサイクルガス用流量調節弁１００を通るリサイクルガスライン６４に流入して、本流用流量調節弁２９とシフト反応用蒸気ミキサー３２との間に流入する。またリサイクルガスライン６４に流入した、その一部は、リサイクルガスライン６４を分岐してリサイクルガスバイパスライン１１２に流入して、第２の高温シフト反応器２４の上流側に流入する。なお、リサイクルガス圧縮機６２は、リサイクルガスライン６４及びリサイクルガスバイパスライン１１２の圧力調整をする装置で構成されている。
【００６７】
このようにリサイクルガスライン６４及びリサイクルガスバイパスライン１１２によって、精製ガス中に含まれる高いＣＯ濃度ガスと、シフト反応後でＨ２及びＣＯ２リッチとなったガスとを混合することにより、第１の高温シフト反応器２２の上流側の精製ガスのＣＯ濃度及び第２の高温シフト反応器２４の上流側のガス中ＣＯ濃度を希釈することができる。
【００６８】
また、ＣＯ濃度が低く、第１の高温シフト反応器２２で石炭ガス化ガスを精製した精製ガスを全量処理しても触媒耐熱限界温度を超過せずに運転することができ、第２の高温シフト反応器２４のバイパスを行わなくてよい場合であっても、バイパスを行って、可能な限り第1、第２の高温シフト反応器での反応量を等しくすることが望ましい。
【００６９】
なお、図６に示す従来例のＣＯシフト反応装置の第1のバイパスライン２８でバイパスするのみでは、図７からわかるように、第１の高温シフト反応器２２の触媒温度はかなり高い。また、石炭原料性状やガス流量の変動により、ＣＯ濃度が高いだけでなく不安定であるため、第１の高温シフト反応器２２内の温度を制御することが重要であるが、従来例の構成では、この課題を解決することは困難である。
【００７０】
以上説明したように、本実施例２によれば、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の一部をリサイクルガス圧縮機６２によって第１の高温シフト反応器２２の上流側に戻すことにより、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、また第２の高温シフト反応器２４の上流側に戻すことにより、第２の高温シフト反応器２４に流入する前のガスのＣＯ濃度を低くして、急激なシフト反応による触媒温度の急上昇を抑制することができるので、触媒の劣化を抑制してその耐用年数を長くすることができる。
【００７１】
また、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０を用いて、第１の高温シフト反応器２２の触媒の温度が耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２シフトさせる温度以上になるように、第１の高温シフト反応器２２に流入する前のガスの一部をその下流の第２の高温シフト反応器２４に流入させることで、第１の高温シフト反応器２２に流入するガスのＣＯ濃度を低くすることができ、触妹の劣化を抑制することができる。また、同様に、リサイクルガス用流量調節弁１００及びリサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２を用いて、低温シフト反応器２６の下流側のガス（ＣＯ２）の、第１の高温シフト反応器２２の上流側への流入量、及び第２の高温シフト反応器２４の上流側への流入量を調節することで触媒の劣化を抑制することもできる。特に、本流用流量調節弁２９及びバイパス用流量調節弁３０の両方を用いて、バイパス率を変えることができるので、各シフト反応器の温度上昇を抑制して、触媒の劣化を抑制できる。
【００７２】
以上、本実施例２について説明したが、本発明は、これらに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、シフト反応器の数は、さらに増やすことができ、低温シフト反応器を２段以上とすることもでき、温度検出手段を適宜増やすこともできる。
【００７３】
また、第２のバイパスライン５０がなくても、本発明の課題は解決できる。また、バイパス用流量調節弁３０は、第１の高温シフト反応器に流入するガス量を調節可能ならば、第１のバイパスライン２８上になくてもよい。また、リサイクルガスバイパス用流量調節弁１０２は、第２の高温シフト反応器に流入するガス量を調節可能ならば、リサイクルガスバイパスライン１１２上になくてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１４ ＣＯシフト反応装置
２１ 主ガスライン
２２ 第１の高温シフト反応器
２４ 第２の高温シフト反応器
２６ 低温シフト反応器
２８ 第１のバイパスライン
２９ 本流用流量調節弁
３０ バイパス用流量調節弁
３２ シフト反応用蒸気ミキサー
５０ 第２のバイパスライン
５８ 温度計測器
６０ 制御装置
６２ リサイクルガス圧縮機
６４ リサイクルガスライン
６６ リサイクルガス用流量調節弁
１００ リサイクルガス用流量調節弁
１０２ リサイクルガスバイパス用流量調節弁
１１２ リサイクルガスバイパスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）の上流側（２７）から分岐し、該最上流のシフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続するバイパスライン（２８）と、該バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側と前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側であって前記バイパスライン（２８）の分岐部（２７）よりも下流側とを接続し、昇圧手段（６２）により最下流のシフト反応器（２６）の下流側のガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）に流入するガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（６６）と、前記最上流のシフト反応器（２２）と前記リサイクルガスライン（６４）の前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側への接続部との間に設けられるシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）から排出されるガス又は最上流のシフト反応器（２２）の触媒充填部出口付近のガス温度の少なくとも一方を計測する温度計測手段（５８）とを備え、該温度計測手段（５８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第1の流量調節手段及び前記第２の流量調節手段（６６）を用いて前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量を調節することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項２】
石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００及び１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項３】
請求項1乃至２のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置において、
前記最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、前記次段のシフト反応器として前記鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、前記最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項４】
石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、前記精製されたガスの一部もしくは全量のガスのＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、前記シフトガスから分離されたＨ２を前記ガスタービンの燃料として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備え、前記ＣＯシフト反応装置は請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置であることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項５】
石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、前記精製されたガスの一部もしくは全量のガスのＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、前記シフトガスから分離されたＨ２を前記ガスタービンの燃料として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備え、前記ＣＯシフト反応装置は請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置であることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項１】
石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）の上流側（２７）から分岐し、該最上流のシフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続するバイパスライン（２８）と、該バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側と前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側であって前記バイパスライン（２８）の分岐部（２７）よりも下流側とを接続し、昇圧手段（６２）により最下流のシフト反応器（２６）の下流側のガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）に流入するガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（６６）と、前記最上流のシフト反応器（２２）と前記リサイクルガスライン（６４）の前記最上流のシフト反応器（２２）の上流側への接続部との間に設けられるシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）から排出されるガス又は最上流のシフト反応器（２２）の触媒充填部出口付近のガス温度の少なくとも一方を計測する温度計測手段（５８）とを備え、該温度計測手段（５８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第1の流量調節手段及び前記第２の流量調節手段（６６）を用いて前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量を調節することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項２】
石炭ガス中のＣＯと水蒸気を触媒によりＣＯ２とＨ２にシフトさせる直列接続された複数のシフト反応器（２２、２４、２６）と、最上流のシフト反応器（２２）に被処理ガスを供給する主ガスライン（２１）から分岐され、前記シフト反応器（２２）をバイパスして下流側に接続されたバイパスライン（２８）と、前記最上流のシフト反応器（２２）に流入するガス流量と前記バイパスライン（２８）に流入するガス流量を調節可能な第１の流量調節手段（２９及び／又は３０、あるいは２７と一体化した２９と３０）と、最下流のシフト反応器（２６）の下流側から抜き出したガスを昇圧手段（６２）により昇圧して前記第１の流量調整手段と前記最上流のシフト反応器（２２）との間の前記主ガスライン（２１）に戻すリサイクルガスライン（６４）と、該リサイクルガスライン（６４）から分岐され、前記抜き出したガスを前記最上流のシフト反応器（２２）の次段のシフト反応器（２４）の上流側に戻すリサイクルガスバイパスライン（１１２）と、前記リサイクルガスライン（６４）に流れるガス流量と前記リサイクルガスバイパスライン（１１２）に流れるガス流量を調節可能な第２の流量調節手段（１００及び／又は１０２、あるいは１１３と一体化した１００及び１０２）と、前記主ガスライン（２１）に接続された前記リサイクルガスライン（６４）の接続部と前記最上流のシフト反応器（２２）との間に設けられたシフト反応用蒸気ミキサー（３２）と、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）から排出されるガスの温度を計測する温度計測手段（５８、１０８）を備え、該温度計測手段（５８，１０８）で計測された温度が前記最上流のシフト反応器（２２）の触媒の耐熱限界温度より低い温度で、かつ、ＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせる温度以上になるように、前記第１と前記第２の流量調節手段の少なくとも一方を用いて、前記最上流のシフト反応器（２２）及び前記次段のシフト反応器（２４）に流入するガス流量を調節することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項３】
請求項1乃至２のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置において、
前記最上流のシフト反応器として鉄系高温シフト触媒を有する第１の高温シフト反応器と、前記次段のシフト反応器として前記鉄系高温シフト触媒を有する第２の高温シフト反応器と、前記最下流のシフト反応器として銅・亜鉛系の低温シフト反応触媒を有する低温シフト反応器とを有することを特徴とするＣＯシフト反応装置。
【請求項４】
石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、前記精製されたガスの一部もしくは全量のガスのＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、前記シフトガスから分離されたＨ２を前記ガスタービンの燃料として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備え、前記ＣＯシフト反応装置は請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置であることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項５】
石炭をガス化するガス化炉と、該ガス化された石炭ガスを精製するガス精製設備と、該精製されたガスを燃焼させて発電するガスタービンと、前記精製されたガスの一部もしくは全量のガスのＣＯをＣＯ２とＨ２にシフトさせるＣＯシフト反応装置と、該ＣＯシフト反応装置から排出されたシフトガスからＣＯ２を分離回収し、前記シフトガスから分離されたＨ２を前記ガスタービンの燃料として供給するためのＣＯ２分離回収設備とを備え、前記ＣＯシフト反応装置は請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＣＯシフト反応装置であることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１１４４（Ｐ２０１２−２１１４４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１８４０（Ｐ２０１１−１２１８４０）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度〜２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、多目的石炭ガス製造技術開発（ＥＡＧＬＥ）／パイロット試験設備およびゼロエミッション化技術に関する研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度〜２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、多目的石炭ガス製造技術開発（ＥＡＧＬＥ）／パイロット試験設備およびゼロエミッション化技術に関する研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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