説明

ガス化装置

【課題】流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質できるようにする。
【解決手段】流動層ガス化炉1に装入される流動粒子3よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体24をガス化室2に投入し流動層6の上面に浮遊触媒体24によるタール捕捉改質層25を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質するようにしたガス化装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、石炭及びバイオマス等の固体原料を用いて発電用の燃料ガス等に用いられるガス化ガスを製造するガス化装置として、流動層を用いた流動層ガス化炉の開発が進められている。
【0003】
流動層ガス化炉では、固体原料を、熱媒体としての砂等の流動粒子により加熱すると共に、水蒸気等のガス化剤を供給することによりガス化を行ってガス化ガスを製造している。流動層ガス化炉としては、ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉(特許文献1参照)と、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉(特許文献2参照)が知られている。
【0004】
一方、ガス化装置で石炭及びバイオマス等の固体原料をガス化した際には、生成したガス化ガス中にタールが含まれており、このガス化ガス中のタールは下流の配管及び機器に付着して閉塞させる等の問題を生じる。
【0005】
このため、従来では、生成したガス化ガスに水を接触させることによりタールを凝縮させて除去することが実施されてきた。しかし、この場合、除去されたタールは単に廃棄されることになるためエネルギ的な面で損失になる問題があると共に、タールを除去した後の排水は排水処理装置で処理する必要があり、処理費用が多大になるという問題があった。
【0006】
上記タールの問題に対処するために、ガス化装置の下流においてガス化ガス中のタールを分解等の操作により有効に回収するようにしたものがある(特許文献3、4、5参照)。
【0007】
特許文献3では、ガス化装置下流に廃熱ボイラを介してタール改質塔を設けており、ガス化ガスを昇温してタール改質塔に導くことにより触媒と接触させて炭化水素等に分解している。特許文献4では、ガス化装置の下流に触媒層を有する複数の反応容器を備えて、ガス化ガス中のタールを触媒層により分解している。特許文献5では、ガス化ガスとガス化剤を選択的に流通させるよう区画したセラミック層を設け、ガス化装置からのガス化ガスをセラミック層に流通させてタールを捕捉するタール除去運転と、タールを捕捉したセラミック層にガス化剤を流通させてガス化装置に戻す再生運転とを交互に行うように切り換えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−176486号公報
【特許文献2】特開2009−138107号公報
【特許文献3】特許第3549711号公報
【特許文献4】特開2010−111779号公報
【特許文献5】特開2010−047719号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献3では、ガス化装置とは別にタール改質塔が必要であり、プラントの運転操作が複雑になる問題がある。更に、タール改質塔に導入するガス化ガスは所定の温度まで昇温しなければならないため、プラント全体の効率が低下する問題がある。
【0010】
特許文献4では、複数の反応容器を備えており、プラントの運転操作が繁雑になる問題がある。触媒層をガス化ガスが通るため、短時間で触媒層が閉塞する可能性がある。
【0011】
特許文献5では、運転中にガス化ガスとガス化剤の流路を切り換える必要があるためプラントの運転操作が複雑になる問題がある。ガス化ガスの流路を切り換えるために、切換箇所がタールによって閉塞する可能性がある。
【0012】
上記特許文献3、4、5に示したように、ガス化ガス中のタールを有効に利用するためには、ガス化装置の下流にタールを処理するための専用の設備を備える必要があり、このために、設備が大型且つ複雑になると共に、複雑な操作が必要になるという問題を有していた。
【0013】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、流動層ガス化炉による原料のガス化時に発生するタールを流動層ガス化炉内で改質できるようにしたガス化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】
【0014】
本発明は、流動層ガス化炉に装入される流動粒子よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体をガス化室に投入しガス化室の流動層の上面に浮遊触媒体によるタール捕捉改質層を形成したことを特徴とするガス化装置、に係るものである。
【0015】
上記ガス化装置において、前記浮遊触媒体は、中空の形状を有していてもよい。
【0016】
上記ガス化装置において、前記流動層ガス化炉は、前記ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉であってもよい。
【0017】
又、上記ガス化装置において、前記加熱装置で加熱した流動粒子を前記ガス化室の流動層に供給する粒子供給口を、前記タール捕捉改質層の上部に設けたことは好ましい。
【0018】
又、上記ガス化装置において、前記流動層ガス化炉は、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉であってもよい。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、ガス化室で生成する生成ガス中のタールは、流動層の上面に形成されたタール捕捉改質層の浮遊触媒体の外部を流動する間に浮遊触媒体に捕捉され、捕捉されたタールは浮遊触媒体の触媒の作用により効果的に改質されるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明のガス化装置の第1の実施例を示すもので、外部循環ガス化炉に適用した場合の側面図である。
【図2】浮遊触媒体の一例を示す断面図である。
【図3】(a)は本発明のガス化装置の第2の実施例を示すもので、内部循環ガス化炉に適用した場合の側面図、(b)は(a)をIIIB−IIIB方向から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【0022】
図1は外部循環ガス化炉に適用した本発明のガス化装置の第1の実施例であり、外部循環ガス化炉1は、ガス化室2に熱媒体としての流動粒子3を装入してあり、下側の散気装置4から供給される水蒸気等のガス化剤5により流動粒子3を流動化して流動層6を形成している。前記ガス化室2の一側壁2aにおける流動層6の上部位置には、流動粒子3を供給する粒子供給口7を設けると共に、石炭或いはバイオマス等の固体原料8を供給する原料供給口9を設けている。前記ガス化室2の他側壁2bには、流動層6の上面近傍の流動粒子3と未反応のチャーを外部に取り出すオーバフロー管10を設けている。前記ガス化室2内における前記他側壁2bから所要の距離を隔てた位置には、上縁が流動層6上側のフリーボード11の途中まで延び、下縁が前記散気装置4の上面と間隔12を隔てた位置まで延びた仕切壁13を設けて取出室14を形成している。
【0023】
前記原料供給口9から供給される固体原料8は、粒子供給口7から供給される流動粒子3と共に流動層6に供給されて加熱されると共に、下側の散気装置4から供給されるガス化剤5によりガス化され、生成した生成ガス16は上部の取出口17から外部に取り出される一方、ガス化されない未反応のチャーは流動粒子3と共に、流動しながらガス化室2内を順次他側壁2b側へ移動し、仕切壁13の下部の間隔12を潜り抜けることにより取出室14に移動して前記オーバフロー管10から取り出される。前記仕切壁13は、固体原料8が十分にガス化されずに流動層6の上面を移動してオーバフロー管10に向かうのを防止している。
【0024】
前記オーバフロー管10から取り出された流動粒子3及び未反応のチャーは燃焼炉18に導かれ、燃焼炉18の下部から散気装置19を介して供給される空気20によりチャーを燃焼することにより前記流動粒子3を加熱する。燃焼炉18の上部から取り出される高温ガス21はサイクロン等の分離装置22に導かれて流動粒子3と排気ガス23とに分離され、分離された流動粒子3は再び前記粒子供給口7に循環される。
【0025】
上記した外部循環ガス化炉1において、該外部循環ガス化炉1に装入される流動粒子3よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体24を、前記ガス化室2の一側壁2aと仕切壁13との間に投入する。この浮遊触媒体24は、前記流動粒子3よりも大きい径を有しており、且つ前記流動粒子3よりも嵩密度が小さいために、流動層6の上面に浮遊するようになる。
【0026】
そして、流動層6の上面が1層以上の浮遊触媒体24で覆われるように該浮遊触媒体24を投入することにより、タール捕捉改質層25を形成する。
【0027】
この時、前記粒子供給口7は、タール捕捉改質層25の上部から流動粒子3を供給するように設けることが好ましい。
【0028】
前記流動層6の上面に浮遊する浮遊触媒体24は、仕切壁13によって取出室14へは移動することができないため、常に一定のタール捕捉改質層25を流動層6の上面に保持する。
【0029】
前記浮遊触媒体24としては、例えば図2に示す如く、セラミック或いは金属等からなる中空の球体26の表面にアルミナ、ゼオライト等のタールの改質に有効な公知の触媒27を一体化することによって、軽量で且つ所定の強度を有したものとすることができ、又、触媒の粒子と他の金属等の粒子とを焼結する等により中空の球状とすることもできる。更に、前記浮遊触媒体24は、流動粒子3よりも嵩密度が小さく流動層6の上面に浮くことができれば中実であってもよい。即ち、セラミック或いは金属等の粒子を焼結した中実の球体の表面に触媒を一体化する、或いは、触媒の粒子と他の金属等の粒子とを焼結した中実の球体とすることにより中実の浮遊触媒体24が得られる。
【0030】
浮遊触媒体24が球状を有していることは、流動層6の上面を好適に動き回ることができるため、タールの捕捉を高めることができ、且つ、順次粒子供給口7側に移動して高温の流動粒子3によって加熱されるようになるので、好ましいと言える。しかし、前記浮遊触媒体24は、流動層6の上面に浮くことができ、且つ、流動層6の流動によって損傷することがない所定以上の強度を有していれば、その形状、構造は任意に選定することができる。
【0031】
次に、上記第1の実施例の作動を説明する。
【0032】
図1に示すように、ガス化室2の一側壁2aに設けた原料供給口9から供給される石炭或いはバイオマス等の固体原料8は、粒子供給口7からの高温の流動粒子3と共に、タール捕捉改質層25の上部から流動層6に供給される。固体原料8は高温の流動粒子3によって加熱されると共に、下部の散気装置4から供給される水蒸気等のガス化剤5の作用を受けてガス化され、生成した生成ガス16は流動層6上部のタール捕捉改質層25を通ってフリーボード11に導かれ、取出口17から外部に取り出される。
【0033】
前記生成ガス16がタール捕捉改質層25を通る際には、生成ガス16に含まれるタールが図2の浮遊触媒体24に付着して捕捉される。この時、前記浮遊触媒体24は流動層6の上面で動き回り、しかも、タール捕捉改質層25は複数層の浮遊触媒体24を有しているので、タールは効果的に捕捉される。
【0034】
そして、浮遊触媒体24に捕捉されたタールは、流動層6上面の浮遊触媒体24によってガス化雰囲気に保持されるので、改質時間が保持されてタールは効果的に改質されるようになる。
【0035】
更に、前記粒子供給口7はタール捕捉改質層25の上部に位置するように設けているので、浮遊触媒体24は順次粒子供給口7側に移動するようになり、浮遊触媒体24は高温の流動粒子3によって効果的に加熱されるようになり、タールの改質が促進される。
【0036】
図3(a),(b)は内部循環ガス化炉に適用した本発明のガス化装置の第2の実施例であり、内部循環ガス化炉28は、流動粒子3を装入して散気装置4からのガス化剤5によって流動層6を形成する容器29内に、天井部から下部の散気装置4と間隔30を有して流動層6の内部まで延びた第1仕切壁31を設けることによりガス化室32と燃焼室33を構成している。そして、ガス化室32の流動層6の上部位置には、石炭或いはバイオマス等の固体原料8を供給する原料供給口9を設けている。41は燃焼室33の排ガス42を取り出す排ガス出口である。
【0037】
一方、前記燃焼室33には、散気装置4から流動層6の上面近傍まで延びる第2仕切壁34を設けてあり、前記第1仕切壁31と第2仕切壁34との間における循環室35と、流動燃焼室36とを形成している。
【0038】
そして、前記散気装置4は、ガス化室32のチャーが流動粒子3と共に燃焼室33に移動し、燃焼室33で加熱された流動粒子3がガス化室32に移動する循環が行われるように構成している。
【0039】
即ち、前記散気装置4は、ガス化室32に対応するガス化用散気室37と循環室35に対応する第1循環用散気室38と、前記流動燃焼室36における第2仕切壁34近傍の第2循環用散気室39と反第2仕切壁34側の燃焼用散気室40とを有している。
【0040】
又、図3(b)は、容器29の幅方向(図3(a)の紙面に鉛直な方向)の中心に原料供給口9を備えた場合を示す正面図であり、この実施例では、前記第1循環用散気室38と第2循環用散気室39は、幅方向中心の中央部区画室38a,39aと幅方向側部の側部区画室38b,39bとに夫々区画されている。
【0041】
そして、図3(a)のガス化用散気室37と燃焼用散気室40から噴出して流動層6を形成しているガス化剤5の通常の噴出速度Aに対して、第1循環用散気室38の中央部区画室38aからの噴出速度は小さい速度Bとなっており、第1循環用散気室38の側部区画室38bからの噴出速度は大きい速度Cとなっている。
【0042】
これに対し、第2循環用散気室39の中央部区画室39aからの噴出速度は、前記通常の噴出速度Aに対して、前記とは逆に大きい速度Cとなっており、第2循環用散気室39の側部区画室39bからの噴出速度は小さい速度Bとなっている。前記各区画室から噴出させるガス化剤5の噴出速度は、各区画室に供給するガス化剤5の圧力を調節することによって設定できる。
【0043】
従って、図3(b)の幅方向中心の原料供給口9からガス化室32に供給された固体原料8は、通常の噴出速度Aのガス化剤5の作用によりガス化される。この時、ガス化室32と間隔30によって連通している循環室35では、第1循環用散気室38の側部区画室38bからの噴出速度が大きい速度Cとなっており、一方、第2循環用散気室39の側部区画室39bからの噴出速度は小さい速度Bとなっているため、循環室35内の流動粒子3とチャーは、図3(b)の左右側部において第2仕切壁34を乗り超えて流動燃焼室36に流入するようになる。従って、前記ガス化室32の流動粒子3とチャーは、順次側部に移動して循環室35に供給されるようになる。
【0044】
又、第2循環用散気室39の中央部区画室39aからの噴出速度が大きい速度Cとなっており、一方、第1循環用散気室38の中央部区画室38aからの噴出速度は小さい速度Bとなっているため、流動燃焼室36で加熱された流動粒子3は、図3(b)の左右幅方向中央部から第2仕切壁34を乗り超えて循環室35に流入し、更に、第1仕切壁31下部の間隔30から前記ガス化室32の幅方向中央下部に流入するようになる。これにより、ガス化室32と燃焼室33との間での流動粒子3の内部循環が行われる。
【0045】
前記内部循環ガス化炉28において、該内部循環ガス化炉28に装入される流動粒子3よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体24を、前記ガス化室32に投入し、これにより所要厚さのタール捕捉改質層25を流動層6の上面に形成する。浮遊触媒体24には前記実施例と同様のものを用いる。
【0046】
前記ガス化室32には循環室35との間を仕切る第1仕切壁31が設けてあるので、流動層6の上面に浮遊する浮遊触媒体24は循環室35側へ移動することができず、よって、常に一定のタール捕捉改質層25を流動層6上面に保持することができる。
【0047】
原料供給口9からガス化室32に供給される固体原料8は、燃焼室33から供給される流動粒子3によって加熱されると共に、下部から供給されるガス化剤5の作用を受けてガス化され、生成した生成ガス16は流動層6上面のタール捕捉改質層25を通りフリーボード11に導かれ、取出口17から外部に取り出される。
【0048】
前記生成ガス16がタール捕捉改質層25を通る際には、生成ガス16に含まれるタールが浮遊触媒体24に付着して捕捉される。この時、前記浮遊触媒体24は流動層6の上面で動き回り、しかも、タール捕捉改質層25は複数層の浮遊触媒体24を有しているので、タールは効果的に捕捉される。そして、浮遊触媒体24に捕捉されたタールは流動層6上面の浮遊触媒体24によってガス化雰囲気に保持されるので、改質時間が保持されてタールは効果的に改質されるようになる。
【0049】
尚、本発明のガス化装置は、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】
【0050】
1 外部循環ガス化炉(流動層ガス化炉)
2 ガス化室
3 流動粒子
6 流動層
7 粒子供給口
18 燃焼炉
24 浮遊触媒体
25 タール捕捉改質層
28 内部循環ガス化炉(流動層ガス化炉)
29 容器
31 第1仕切壁(仕切壁)
32 ガス化室
33 燃焼室

【特許請求の範囲】
【請求項1】
流動層ガス化炉に装入される流動粒子よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体をガス化室に投入しガス化室の流動層の上面に浮遊触媒体によるタール捕捉改質層を形成したことを特徴とするガス化装置。
【請求項2】
前記浮遊触媒体は、中空の形状を有することを特徴とする請求項1に記載のガス化装置。
【請求項3】
前記流動層ガス化炉は、前記ガス化室の外部に流動粒子の加熱装置を備え該加熱装置により加熱した流動粒子を前記ガス化室に供給するようにした外部循環ガス化炉であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガス化装置。
【請求項4】
前記加熱装置で加熱した流動粒子を前記ガス化室の流動層に供給する粒子供給口が、前記タール捕捉改質層の上部に設けられたことを特徴とする請求項3に記載のガス化装置。
【請求項5】
前記流動層ガス化炉は、容器内に、相互に流動粒子が移動できるよう仕切壁で仕切られたガス化室と燃焼室を有する内部循環ガス化炉であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガス化装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−103987(P2013−103987A)
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−248350(P2011−248350)
【出願日】平成23年11月14日(2011.11.14)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)