(57)【要約】【課題】  明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態を簡易な構造の単炉により創出し、この共存状態による相乗効果を積極的に利用することができるガス発生炉を提供する。【解決手段】  ガス発生炉は、可燃ガス発生部としての濃厚流動層２０２と、可燃ガスを排出口２０４ａを通じて炉外へと導く可燃ガス室２０４と、燃焼反応により燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスを排出口２０５ａを通じて炉外へと導く燃焼ガス室２０５とを備える。可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５とは仕切壁２０３によりフリーボード部の全部にわたって区画され、仕切壁２０３の下端は濃厚流動層２０２の上部界面よりも下方に位置する。燃焼反応に必要な酸素を含むガス１０７が濃厚流動層２０２に供給される。【選択図】  図３
2006056954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃ガスを生成し、
前記可燃ガスの一部を分離し、
該分離した可燃ガスの一部を燃焼して燃焼ガスを生成して、前記可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成することを特徴とするガス発生方法。
【請求項２】
前記可燃ガスと前記燃焼ガスとの生成を、
流動層式ガス発生炉の濃厚流動層により構成され、熱分解またはガス化反応により可燃ガスを発生させる可燃ガス発生部と、
炉外への排出口を有し、前記可燃ガスを前記排出口を通じて炉外へと導く可燃ガス室と、
炉外への排出口を有し、燃焼反応により燃焼ガスを発生させ、前記燃焼ガスを前記排出口を通じて炉外へと導く燃焼ガス室と、
その下端が前記濃厚流動層の上部界面よりも下方に位置し、前記流動層式ガス発生炉のフリーボード部の全部を前記可燃ガス室と前記燃焼ガス室とに区画する仕切壁と、
前記燃焼反応に必要な酸素を含むガスを前記濃厚流動層に供給する含酸素ガス供給部と、
を備えたガス発生炉で行うことを特徴とする請求項１に記載のガス発生方法。
【請求項３】
前記含酸素ガス供給部は、前記仕切壁の下端よりも上方に位置することを特徴とする請求項２に記載のガス発生方法。
【請求項４】
前記含酸素ガスの少なくとも一部を供給する供給部が、ガス発生炉の底部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス発生方法。
【請求項５】
可燃ガスを生成する可燃ガス発生部と、
前記可燃ガス発生部で発生した可燃ガスを炉外に排出する可燃ガス室と、
前記可燃ガス発生部で発生した可燃ガスが炉外に排出される前に該可燃ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼ガス室と、
ガス発生炉の内部を前記可燃ガス室と前記燃焼ガス室とに区画する仕切壁と、
を備えたことを特徴とするガス発生炉。
【請求項６】
前記可燃ガス発生部は流動層式ガス発生炉の濃厚流動層により構成され、
前記流動層式ガス発生炉のフリーボード部の一部または全部が前記仕切壁により区画されることを特徴とする請求項５に記載のガス発生炉。
【請求項７】
前記仕切壁の下端が、前記濃厚流動層の上部界面よりも下方に位置することを特徴とする請求項６に記載のガス発生炉。
【請求項８】
前記燃焼反応に必要な酸素を含むガスを前記濃厚流動層に供給する含酸素ガス供給部と、
を備えたことを特徴とする請求項７に記載のガス発生炉。
【請求項９】
前記含酸素ガス供給部は、前記仕切壁の下端よりも上方に位置することを特徴とする請求項８に記載のガス発生炉。
【請求項１０】
前記含酸素ガスの少なくとも一部を供給する供給部が、ガス発生炉の底部に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のガス発生炉。
【請求項１１】
可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、
前記可燃ガスと前記燃焼ガスとの間で間接熱交換を行い、前記燃焼ガスから前記可燃ガスへの熱移動を生じさせることを特徴とするガス処理方法。
【請求項１２】
可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、
前記可燃ガスに対して湿式洗浄を行い、
前記湿式洗浄における排水を前記燃焼ガスに噴霧することを特徴とするガス処理方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのガス発生炉において可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、
前記燃焼ガスの一部または全部を前記ガス発生炉に戻して循環利用することを特徴とするガス処理方法。
【請求項１４】
前記可燃ガスと前記燃焼ガスとの生成を、
流動層式ガス発生炉の濃厚流動層により構成され、熱分解またはガス化反応により可燃ガスを発生させる可燃ガス発生部と、
炉外への排出口を有し、前記可燃ガスを前記排出口を通じて炉外へと導く可燃ガス室と、
炉外への排出口を有し、燃焼反応により燃焼ガスを発生させ、前記燃焼ガスを前記排出口を通じて炉外へと導く燃焼ガス室と、
その下端が前記濃厚流動層の上部界面よりも下方に位置し、前記流動層式ガス発生炉のフリーボード部の全部を前記可燃ガス室と前記燃焼ガス室とに区画する仕切壁と、
前記燃焼反応に必要な酸素を含むガスを前記濃厚流動層に供給する含酸素ガス供給部と、
を備えたガス発生炉で行うことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のガス処理方法。
【請求項１５】
前記含酸素ガス供給部は、前記仕切壁の下端よりも上方に位置することを特徴とする請求項１４に記載のガス処理方法。
【請求項１６】
前記含酸素ガスの少なくとも一部を供給する供給部が、ガス発生炉の底部に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のガス処理方法。
【請求項１７】
前記可燃ガスの一部を分離し、
該分離した可燃ガスを燃焼して前記燃焼ガスを生成して、前記可燃ガスと前記燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のガス処理方法。
【請求項１８】
可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、
前記可燃ガスと前記燃焼ガスとの間で間接熱交換を行い、前記燃焼ガスから前記可燃ガスへの熱移動を生じさせる熱交換部と、
を備えたことを特徴とするガス処理システム。
【請求項１９】
可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、
前記可燃ガスに対して湿式洗浄を行う湿式洗浄装置と、
前記湿式洗浄装置から排出される排水を前記燃焼ガスに噴霧するガス冷却装置と、
を備えたことを特徴とするガス処理システム。
【請求項２０】
可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、
前記燃焼ガスの一部または全部を前記ガス発生炉に戻す循環経路と、
を備えたことを特徴とするガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス発生方法およびガス発生炉に係り、特に発熱量を有する固体状もしくは液体状の原料の熱分解またはガス化により可燃ガスを発生させるガス発生方法およびガス発生炉に関するものである。また、本発明は、かかるガス発生炉により生成されたガスの処理方法および処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部循環型の統合型ガス化炉（例えば、特許文献１参照）や二塔循環型ガス化炉などのガス化炉や、ガス化炉と燃焼炉とがそれぞれ独立して同一サイトに設置されるような場合などにおいては、可燃ガスと燃焼ガスが明確に区分された状態で一つのサイトに同時に存在することはあり得るが、複雑な構造を有する炉であったり、複雑な粒子循環を伴うプロセスであったり、もしくは、ガス化炉と燃焼炉をそれぞれ別々に存在させたりする必要があり、簡易な構造の単炉のみによりその状態が創出されるものではなかった。
【０００３】
また、例えば、生成した可燃ガス中に含まれるタール分が可燃ガス温度の低下に伴って凝縮すると、プロセス中の様々なトラブルの原因となる。このようなトラブルを防止するため、もしくは可燃ガスを改質するために、従来技術においては、可燃ガス中の可燃成分の一部を他の可燃ガスと分離しない状態で燃焼させ、その燃焼熱により可燃ガス全体を高温に維持したり、可燃ガスの温度をさらに上昇させたりしている。また、特に可燃ガスの温度低下の防止を目的とする場合には、水蒸気や電気など外部の熱源を用いたヒート・トレースなどが利用される。
【０００４】
しかしながら、可燃ガスの一部を燃焼させる場合には、可燃ガスが希釈され、単位量あたりの可燃ガスが有する発熱量が低下し、その結果、可燃ガスの利用に際し制約が生じたり、可燃ガスそのものの価値が低下したりすることになる。また、水蒸気や電気等外部からの熱源によるヒート・トレースを利用する場合においては、それらの別熱源が必要となる。
【０００５】
また、従来のガス処理方法においては、可燃ガスの湿式ガス洗浄プロセスからの排水はいわゆる排水処理装置にて処理されており、排水処理装置および排水処理プロセスが別途必要となる。
【０００６】
さらに、従来のガス発生プロセスまたは方法においては、例えば、パージ用ガス、原料の気流搬送用のガス、酸素供給時の酸素希釈用ガスなど、ガス発生炉周辺のプロセスで必要で且つ最終的にガス発生炉内に供給される不活性ガスとして、窒素や水蒸気などが使用されているが、このような窒素や水蒸気などのためのユーティリティが別途必要になる。
【特許文献１】国際公開第９９／３１２０２号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４３４１５９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」を簡易な構造の単炉にて創出し、この共存状態による相乗効果を積極的に利用することができるガス発生方法およびガス発生炉を提供することを第１の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、上記「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」による相乗効果を積極的に利用するガス処理方法およびガス処理システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、可燃ガスを生成し、上記可燃ガスの一部を分離し、該分離した可燃ガスの一部を燃焼して燃焼ガスを生成して、上記可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成することを特徴とするガス発生方法が提供される。ここで、本願における「燃焼ガス」とは、燃焼により発熱量が消費された後の、発熱量を有しないガスをいい、「可燃ガス」とは、ガス状の可燃成分を含有し、発熱量を有するガスをいう。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、可燃ガスを生成する可燃ガス発生部と、上記可燃ガス発生部で発生した可燃ガスを炉外に排出するための排出口を有し、可燃ガスを炉外へ導出する可燃ガス室と、上記可燃ガス発生部で発生した可燃ガスが炉外に排出される前に該可燃ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼ガス室と、ガス発生炉の内部を上記可燃ガス室と上記燃焼ガス室とに区画する仕切壁とを備えたことを特徴とするガス発生炉が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい一態様によれば、上記可燃ガス発生部は流動層式ガス発生炉の濃厚流動層により構成され、上記流動層式ガス発生炉のフリーボード部の一部または全部が上記仕切壁により区画される。また、本発明の好ましい他の一態様によれば、上記仕切壁の下端が、上記濃厚流動層の上部界面よりも下方に位置する。
【００１２】
本発明の好ましい一態様によれば、上記燃焼反応に必要な酸素を含むガスを上記濃厚流動層に供給する含酸素ガス供給部を備えている。
【００１３】
本発明の第１または第２の態様によれば、可燃ガスと燃焼ガスとを明確に区別された状態で簡易な構造の単炉によって生成することができる。すなわち、「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」を簡易な構造の単炉によって創出し、この共存状態による相乗効果を積極的に利用することができる。
【００１４】
また、仕切壁の下端を濃厚流動層の上部界面よりも下方に位置させているので、可燃ガス室と燃焼ガス室のフリーボード部全体を仕切壁により区画することができる。したがって、含酸素ガス供給部の位置が燃焼ガス室のフリーボード部のどの位置であっても、燃焼ガスと可燃ガスとの混合を効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様によれば、上記含酸素ガス供給部は、上記仕切壁の下端よりも上方に位置する。このような構成により、燃焼ガス室で発生する燃焼ガスと可燃ガス室の可燃ガスとをより明確に分離することができる。
【００１６】
本発明の好ましい一態様によれば、上記含酸素ガスの少なくとも一部を供給する供給部が、ガス発生炉の底部に設けられる。このような構成により、含酸素ガスを上記濃厚流動層の流動化ガスとしても作用させることができる。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、上記可燃ガスと上記燃焼ガスとの間で間接熱交換を行い、上記燃焼ガスから上記可燃ガスへの熱移動を生じさせることを特徴とするガス処理方法が提供される。すなわち、本発明のガス処理システムは、可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、上記可燃ガスと上記燃焼ガスとの間で間接熱交換を行い、上記燃焼ガスから上記可燃ガスへの熱移動を生じさせる熱交換部とを備えている。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、上述した「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」による相乗効果を積極的に利用することができる。すなわち、相対的に高温な燃焼ガスから相対的に低温な可燃ガスへの熱移動を生じさせることができ、燃焼ガスの有する顕熱を有効利用しながら可燃ガスの温度維持もしくは改質を行うことができる。したがって、水蒸気や電気など別の熱源を必要とせずに、ヒート・トレースと同様の効果により、可燃ガスの温度が低下することを防止または、更なる高温化を行うとともに、燃焼ガスが有する顕熱を有効に利用することができる。上記可燃ガスの温度は、ガス化温度よりも１００℃低い温度以上、より好ましくはガス化温度よりも５０℃低い温度以上、理想的にはガス化温度と同等かそれ以上に維持することがタール凝縮を防止する上で好ましい。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、上記可燃ガスに対して湿式洗浄を行い、上記湿式洗浄における排水を上記燃焼ガスに噴霧することを特徴とするガス処理方法が提供される。すなわち、本発明のガス処理システムは、可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、上記可燃ガスに対して湿式洗浄を行う湿式洗浄装置と、上記湿式洗浄装置から排出される排水を上記燃焼ガスに噴霧するガス冷却装置とを備えている。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、上述した「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」による相乗効果を積極的に利用するとともに、可燃ガスの湿式洗浄後の排水を燃焼ガスに噴霧して処理することができる。すなわち、排水処理装置および排水処理プロセスを別途設けることなく、湿式ガス洗浄プロセスを行うことができる。洗浄排水中に可燃成分を比較的多く含む場合は、それらを完全燃焼させるために、燃焼ガス中の高温域（好ましくは８００℃以上）に噴霧することが好ましい。
【００２１】
本発明の第５の態様によれば、少なくとも１つのガス発生炉において可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成し、上記燃焼ガスの一部または全部を上記ガス発生炉に戻して循環利用することを特徴とするガス処理方法が提供される。すなわち、本発明のガス処理システムは、可燃ガスと燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する少なくとも１つのガス発生炉と、上記燃焼ガスの一部または全部を上記ガス発生炉に戻す循環経路とを備えている。
【００２２】
本発明の第５の態様によれば、パージ用ガスとして、原料の気流搬送用ガスとして、または、酸素希釈用ガスとして、窒素や水蒸気などの不活性ガスを新たに可燃ガス発生炉に供給する必要がなくなるので、ユーティリティ・コストの削減が可能となる。また、燃焼ガスの全部を循環利用する場合には、燃焼ガスを外部に排出するための煙突をなくすことも可能である。
【００２３】
また、本発明の好ましい一態様によれば、上記可燃ガスの一部を分離し、該分離した可燃ガスを燃焼して上記燃焼ガスを生成して、上記可燃ガスと上記燃焼ガスとを互いに明確に区別された状態で生成する。
【発明の効果】
【００２４】
上述したように、本発明によれば、「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」を簡易な単炉により創出し、この共存状態による相乗効果を積極的に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るガス処理システムの実施形態について図１から図１１を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１１において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるガス処理システムを示すブロック図である。図１に示すように、このガス処理システムは、可燃ガスを生成する可燃ガス発生炉１と、可燃ガス発生炉１で発生した可燃ガス１０の一部１１を燃焼して燃焼ガス２０を生成する燃焼ガス発生部２とを備えている。すなわち、可燃ガス発生炉１で発生した可燃ガス１０のうち必要な量を分岐して、この分岐した可燃ガス１１に含酸素ガスを供給して燃焼ガス発生部２で燃焼させることにより燃焼ガス２０を生成する。このように、本実施形態のガス処理システムによれば、可燃ガス１２と燃焼ガス２０とが明確に区別された状態で生成される。
【００２７】
可燃ガス発生炉１で生成された可燃ガス１２および燃焼ガス発生部２で生成された燃焼ガス２０は、可燃ガス１２と燃焼ガス２０との間で熱交換を行う熱交換部としてのシェル・アンド・チューブ型熱交換器３に導かれる。この熱交換器３により、相対的に高温な燃焼ガス２０から相対的に低温な可燃ガス１２への熱移動を生じさせ、燃焼ガス２０の有する顕熱を有効利用しながら可燃ガス１２の改質を行っている。
【００２８】
なお、図１では、シェル内の流路に燃焼ガス２０を流し、チューブ内の流路に可燃ガス１２を流す例を示しているが、シェル内の流路に可燃ガス１２を流し、チューブ内の流路に燃焼ガス２０を流してもよい。可燃ガス中に多くのダスト分が含有され、これらがチューブ内のベンド部等に堆積するおそれがある場合には、シェル内の流路に可燃ガス１２を流すのが好ましい。また、熱交換器３の種類もシェル・アンド・チューブ型熱交換器に限られるものではなく、他の種類の間接熱交換器を用いることもできる。例えば、パネル式の熱交換器などを用いることができる。
【００２９】
なお、図１に示すように、可燃ガス１２の改質反応に必要な量の水蒸気１３等を熱交換器３の上流または熱交換器３の内部で可燃ガス１２中に供給してもよい。改質に必要なだけの熱交換が熱交換器３内で行われるように燃焼ガス２０の温度や発生流量を調整できる場合には、そのような調整を行うことが好ましい。また、可燃ガス１２を流すチューブ内に改質触媒を充填してもよい。例えば、触媒としては、タール分解やガス改質の効果が期待されるＣａ系触媒等を利用することができる。
【００３０】
シェル・アンド・チューブ型熱交換器３を通過した可燃ガス１４は、湿式洗浄プロセスを行う湿式洗浄装置としてのスクラバ４に送られる。図１に示すように、このスクラバ４には洗浄水４０が供給されており、可燃ガス１４はこの洗浄水４０により冷却されるとともに、可燃ガス１４中の有害物質（酸性ガス、タールなど）が洗浄除去される。スクラバ４からの排水４１は、ガス冷却装置５に送られ、シェル・アンド・チューブ型熱交換器３を通過した燃焼ガス２１に噴霧される。このスクラバ排水４１の噴霧により燃焼ガス２１が冷却される。一方、スクラバ４から排出された可燃ガス１５は、可燃ガス利用装置１００に送られ、ここで例えばボイラやキルンなどにおける燃料ガスとして利用される。
【００３１】
ここで、燃焼ガス２１が有する熱流量を、噴霧されたスクラバ排水４１のすべてを気化するのに十分な熱流量にできれば、スクラバ排水４１のための別途の排水処理装置が必要なくなり、乾式のプロセスを実現することができる。また、噴霧するスクラバ排水４１の流量と燃焼ガス２１が保有する熱流量とのバランスを最適化できる場合、例えば、燃焼ガス２１の冷却に必要な量だけのスクラバ排水４１を噴霧することができる、あるいは、噴霧されるスクラバ排水４１の気化に必要なだけの熱流量を有する燃焼ガス２１を生成できる場合には、スクラバ排水４１を気化すると同時に、その気化熱によって燃焼ガス２１を冷却することができるので、ガス冷却装置５から排出される燃焼ガス５０をさらに冷却するためのプロセスが別途必要なくなる。
【００３２】
可燃ガス１４から除去された固体粒子成分や塩素等の有害物質はスクラバ排水４１とともにガス冷却装置５内に噴霧され、ガス冷却装置５から排出される燃焼ガス５０中に混入するが、燃焼ガス５０への消石灰５１等の噴霧、バグフィルタ６や活性炭塔７等のプロセスを通じて、燃焼ガスが系外に放出される以前に回収される。なお、スクラバ排水４１が燃焼ガス２１に噴霧される前に、上記スクラバ排水４１中の有害物質を沈殿や濾過その他の手段によりスクラバ排水４１中から除去することとしてもよい。
【００３３】
ここで、可燃ガス発生炉１で生成された可燃ガス１０から分岐させる可燃ガス１１の量は、上述した観点から、ガス冷却装置５において必要な燃焼ガス２１の流量（もしくは燃焼ガス２１が有する熱流量）を実現するだけの量が最適であり、この可燃ガス１１の量はダンパ８の開度を調整することによって調整できる。また、可燃ガスの分岐は、図１に示すように、可燃ガス発生炉１を出た直後で行ってもよいし、あるいは、洗浄後の可燃ガス１５を図１のＡで示す位置で分岐してもよい。
【００３４】
本実施形態では、バグフィルタ６および活性炭塔７により有害物質が除去された燃焼ガス５２の一部５３が、ガス循環ブロア９により循環経路９０を通って可燃ガス発生炉１に戻され、循環利用される。燃焼ガス５２の残りは煙突５４から系外に排出される。可燃ガス発生炉１に戻される燃焼ガス５３は、例えば、炉内計装用ノズルなどにおけるパージガスとして、原料を可燃ガス発生炉１に供給するときの気流搬送用ガスとして、可燃ガス発生炉１内に供給される酸素５５を希釈するためのガスとして、あるいは、可燃ガス発生炉１が流動層式である場合には流動化ガスとして用いることができる。
【００３５】
なお、燃焼ガス５２の全部を可燃ガス発生炉１に戻してもよく、そのような場合には燃焼排ガス５２が系外に排出されないので、煙突５４が不要となる。また、燃焼ガスの循環利用に必要な流量に応じて、可燃ガス発生炉１に戻す燃焼ガス５３の流量を調整することができる場合には、そのような調整を行うことが好ましい。
【００３６】
このように、燃焼ガス５２の一部または全部を可燃ガス発生炉１に戻して循環利用することにより、窒素や水蒸気などの不活性ガスを新たに可燃ガス発生炉１に供給する必要がなくなるので、ユーティリティ・コストの削減が可能となる。また、燃焼ガス５２の全部を循環利用する場合には、上述したように、煙突５４を設ける必要がなくなる。
【００３７】
上述したように、本実施形態のガス処理システムでは、「可燃ガスと燃焼ガスとが明確に区分された状態で同時に存在する状態」を敢えて創出して、「明確に区分された可燃ガスと燃焼ガスの共存状態」による相乗効果を積極的に利用している。このように、可燃ガスとして取り出されたガスを、そのまま全量を可燃ガス利用装置１００に導入せずに、その一部１１をわざわざ燃焼させ、ガスとしては低価値の燃焼ガス２０として用いることは、従来の価値観とは異なるものである。
【００３８】
図２は、本発明の第２の実施形態におけるガス処理システムを示すブロック図である。図２に示すように、このガスシステムは、図１に示す可燃ガス発生炉１と燃焼ガス発生部２とに代えて、１つの可燃ガス発生炉１０１を備えている。この可燃ガス発生炉１０１は流動層ガス発生炉で構成されている。この流動層ガス発生炉の内部には、流動化された流動媒体によって流動層が形成されており、濃厚流動層部における熱分解またはガス化反応により可燃ガスを生成する可燃ガス発生部１０２が形成されている。ガス発生炉１０１の内部には、天井から下方に延びる仕切壁１０３が設けられており、この仕切壁１０３により可燃ガス発生炉１０１の内部に可燃ガス室１０４と燃焼ガス室１０５とが形成されている。可燃ガス室１０４と燃焼ガス室１０５はそれぞれ炉外への排出口１０４ａ，１０５ａを備えている。本実施形態における仕切壁１０３の下端は、ガス発生炉１０１のフリーボード部に位置している。
【００３９】
本実施形態においては、ガス発生炉１０１の可燃ガス発生部１０２で可燃ガス１０６が発生し、発生した可燃ガス１０６は、可燃ガス室１０４および燃焼ガス室１０５のフリーボード部にそれぞれ導かれる。可燃ガス室１０４のフリーボード部を通過した可燃ガス１１０は、第１の実施形態の可燃ガス１２と同様に熱交換器３に送られる。一方、燃焼ガス室１０５のフリーボード部には含酸素ガス供給部を介して燃焼用含酸素ガス１０７が供給されており、可燃ガス発生部１０２で発生した可燃ガス１０６が燃焼ガス室１０５のフリーボード部で燃焼して燃焼ガス１２０が生成される。このようにして、ガス発生炉１０１では、可燃ガス１１０と燃焼ガス１２０とが明確に区別された状態で生成される。燃焼用含酸素ガス１０７としては、具体的には、空気、酸素富化空気、酸素などを用いることができる。以降のプロセスは、上述した第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。なお、燃焼に用いる含酸素ガス１０７は、燃焼ガス１１０と可燃ガス１２０の混合を防ぐ観点から、仕切壁１０３の下端より上方の位置から可燃ガス１０６中に供給されることが好ましい。また、燃焼ガス１２０の生成流量は、図１に示す実施形態と同様に、ダンパ８の開度によって調整され、必要な量だけの燃焼ガス１２０を発生させることができる。
【００４０】
このように、本実施形態においては、ガス発生炉１０１内で発生した可燃ガス１０６の一部が、ガス発生炉１０１から出る以前に仕切壁１０３により分離され、燃焼されて燃焼ガス１２０として取り出される点において、図１に示す第１の実施形態とは異なっている。すなわち、本実施形態は、図１に示す実施形態と比べると、別途燃焼ガス発生部２（図１参照）を設置する必要がなくなる点で効果的である。
【００４１】
図３は、本発明の第３の実施形態におけるガス発生炉２０１を示す模式図である。図３に示すように、このガス発生炉２０１は、第２の実施形態におけるガス発生炉１０１と同様に、天井から下方に延びる仕切壁２０３によりガス発生炉２０１の内部に可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５とが形成されているが、本実施形態においては、ガス発生炉２０１内の仕切壁２０３の下端が濃厚流動層（可燃ガス発生部）２０２の上部界面より下方に位置している。また、可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５はそれぞれ炉外への排出口２０４ａ，２０５ａを備えている。その他の点は、図２に示されたガス発生炉１０１と同様である。
【００４２】
このように、本実施形態では、仕切壁２０３の下端を濃厚流動層２０２の上部界面より下方に位置させているので、可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５とがフリーボード部全体にわたって仕切壁２０３により区画される。したがって、燃焼用含酸素ガス１０７の供給位置が燃焼ガス室２０５のフリーボード部のどの位置であっても、燃焼ガス１１０と可燃ガス１２０との混合を効果的に防止することができる。
【００４３】
図４は、本発明の第４の実施形態におけるガス発生炉３０１を示す模式図である。図３に示す第３の実施形態では、燃焼用含酸素ガス１０７を燃焼ガス室２０５のフリーボード部から供給しているが、本実施形態では、図４に示すように、燃焼ガス室２０５の濃厚流動層２０２内の含酸素ガス供給部から燃焼用含酸素ガス１０７を供給している。その他の点は、図３に示されたガス発生炉２０１と同様である。
【００４４】
上述した第３の実施形態では、濃厚流動層２０２で発生した可燃ガス１０６を、仕切壁２０３によって区画された燃焼ガス室２０５のフリーボード部で燃焼させていたのに対し、本実施例形態では、燃焼ガス室２０５内の濃厚流動層２０２の一部においても、酸化雰囲気下で含酸素ガス３０７による燃焼が生じ、燃焼ガス１２０が発生する。この燃焼発熱の一部が流動層を構成する流動媒体を加温することに用いられ、これが濃厚流動層２０２の層温維持に貢献する。なお、流動層の温度範囲は、４００〜１０００℃、好ましくは５５０〜８００℃であり、被処理物のガス化特性や被処理物の灰分や金属類の融点・気化温度などによって決まる。
【００４５】
図４に示す実施形態においては、フリーボード部だけではなく、濃厚流動層２０２において、積極的に燃焼を生じさせるため、発生した可燃ガスだけでなく、濃厚流動層２０２内に存在するチャー等の固体可燃物やタール等の液状可燃物も燃焼される。したがって、層内におけるチャーやタールの堆積を防止することができる。
【００４６】
また、含酸素ガス１０７の供給位置は、仕切壁２０３の下端よりも上方であって、濃厚流動層２０２の上部界面よりも下方であることが好ましい。このように、燃焼ガス室２０５内の濃厚流動層２０２内において含酸素ガス１０７の供給位置を仕切壁２０３の下端よりも上方とすることで、発生する燃焼ガス１２０と可燃ガス１１０とをより明確に分離することができる。なお、フリーボード部にも含酸素ガス１０７を供給することとしてもよい。
【００４７】
仕切壁２０３の下端は濃厚流動層２０２の上部界面より下方に位置しているが、炉底にまでは達していない。すなわち、濃厚流動層２０２内には、可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５との間で流動媒体が流通する開口部（連通部）３０８が形成されている。これにより、燃焼ガス室２０５の燃焼発熱により加温された流動媒体を可燃ガス室２０４に移動させ、この加温された流動媒体を可燃ガス１０６の発生プロセスに必要な熱源とすることができる。また、可燃ガス室２０４で生じたチャーやタール分を流動媒体とともに燃焼ガス室２０５に移動させ、燃焼によって層内から除去することができる。
【００４８】
上述した流動媒体の流通は、マクロ的に明確な方向性を有しない、単なる拡散によるものであってもよいし、あるいは、仕切壁２０３の近傍で濃厚流動層２０２の流動状態を意図的に不均一としたり、差を設けたりすることによって、積極的に明確な方向性を有する流動媒体の流れを生じさせた結果によるものであってもよい。流動状態に差を設ける場合には、一般的には、相対的に流動状態が緩慢な部分から相対的に流動状態が激しい部分に向かって流動媒体のマクロな流れが生じることを利用する。
【００４９】
ここで、このような流動媒体のマクロの流れを意図的に生じさせる具体例について説明する。図５（ａ）は、上述したガス発生炉３０１内の仕切壁２０３ａの一例を示す立面図である。図５（ａ）に示す例では、仕切壁２０３ａの下方に、水平方向に連続した開口部（連通部）３０８ａが形成されている。例えば、図５（ｂ）に示すように、可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５のそれぞれにおいて、仕切壁２０３ａの近傍を水平方向に２つに分割し、一方を強流動化領域Ｆｓとし、他方を弱流動化領域Ｆｗとする。そして、可燃ガス室２０４の強流動化領域Ｆｓと燃焼ガス室２０５の弱流動化領域Ｆｗ、および可燃ガス室２０４の弱流動化領域Ｆｗと燃焼ガス室２０５の強流動化領域Ｆｓとがそれぞれ対向するように配置する。このような構成により、可燃ガス室２０４から燃焼ガス室２０５に向かう流れＦ１と、燃焼ガス室２０５から可燃ガス室２０４に向かう流れＦ２とを形成することができる。また、強流動化領域Ｆｓと弱流動化領域Ｆｗを図５（ｃ）に示すように配置して、可燃ガス室２０４から燃焼ガス室２０５に向かう流れＦ３，Ｆ４と、燃焼ガス室２０５から可燃ガス室２０４に向かう流れＦ５とを形成してもよい。
【００５０】
図６（ａ）に示す例では、仕切壁２０３ｂの下部に２つの開口部（連通部）３０８ｂが形成されている。例えば、図６（ｂ）に示すように、可燃ガス室２０４と燃焼ガス室２０５のそれぞれにおいて、開口部３０８ｂの近傍の領域の一方を強流動化領域Ｆｓとし、他方を弱流動化領域Ｆｗとし、可燃ガス室２０４の強流動化領域Ｆｓと燃焼ガス室２０５の弱流動化領域Ｆｗ、および可燃ガス室２０４の弱流動化領域Ｆｗと燃焼ガス室２０５の強流動化領域Ｆｓとがそれぞれ対向するように配置する。このような構成により、可燃ガス室２０４から燃焼ガス室２０５に向かう流れＦ６と、燃焼ガス室２０５から可燃ガス室２０４に向かう流れＦ７とを形成することができる。
【００５１】
図５、図６で説明した仕切壁開口部を通過する流動媒体の移動を生じさせる、別の手段として、仕切壁開口部周辺の炉底、もしくは、炉底近傍において、流動媒体を移動させたい方向に向けて、流動ガスなどを強く吹くためのガス供給ノズルを設置することが可能である。
【００５２】
図７は、本発明の第５の実施形態におけるガス発生炉４０１を示す模式図である。本実施形態では、含酸素ガス４０７を燃焼ガス室２０５の炉底の含酸素ガス供給部から供給しており、含酸素ガス４０７を濃厚流動層２０２の流動化ガスとしても作用させている。また、可燃ガス室２０４には、蒸気、循環燃焼ガス、ガス化剤ガスなどの流動化ガス４０８が炉底から供給されている。
【００５３】
図４に示すガス発生炉３０１と比べて、含酸素ガスの供給位置が仕切壁２０３の下端よりも下方となっているので、燃焼ガス１２０と可燃ガス１０６の分離が不明確となり、発生した燃焼ガス１２０の一部が可燃ガス室２０４に流入して、可燃ガス１０６を希釈するおそれがある。しかしながら、供給された含酸素ガス４０７の鉛直上方向への流速に対して、含酸素ガス４０７の供給位置と連通部（流通部）３０８との水平距離が十分に大きければ、供給された含酸素ガス４０７および発生した燃焼ガス１２０の可燃ガス室２０４へ流入が問題になることはない。例えば、鉛直方向の開口部高さＨ、連通部３０８から分散ノズル（含酸素ガス４０７の供給位置）までの水平方向の距離Ｌとの比Ｈ／Ｌの値は、０．２〜１．０の範囲とするのがよい。すなわち、流動化を確保するなどの運転上の問題が生じさせないために０．２以上とすることが好ましく、また、供給された含酸素ガス及び燃焼ガスの可燃室への混入を防止しつつ炉内の運転管理上の問題を生じさせない観点からはＨ／Ｌ値を１．０以下とすることが好ましいことによる。
【００５４】
図８は、本発明の第６の実施形態におけるガス発生炉５０１を示す模式図である。本実施形態では、燃焼用含酸素ガスを含む流動化ガス４０７の燃焼ガス室２０５内での供給位置を、仕切壁２０３の下方の連通部（流通部）３０８から水平方向に距離をおくとともに、仕切壁２０３を越えた位置にまで可燃ガス室２０４の流動化ガス４０８を供給することにより、流動層全体の流動化を維持しつつ、含酸素ガスおよび燃焼ガスの可燃ガス室２０４への流入を回避することができる。
【００５５】
また、燃焼用含酸素ガスを含む流動化ガス４０７の燃焼ガス室２０５内での供給位置を、仕切壁２０３の下方の連通部（流通部）３０８から水平方向に距離を置くとともに、仕切壁２０３と流動化ガスの供給位置の間の炉底から、窒素や蒸気等の不活性ガスを供給することで、含酸素ガスおよび燃焼ガスの可燃ガス室２０４への流入を回避することができる。
【００５６】
図９は、本発明の第７の実施形態におけるガス発生炉６０１を示す模式図である。本実施形態では、燃焼ガス室２０５において、仕切壁２０３の下方の連通部（流通部）３０８から離れた位置に供給される流動化ガス４０７にのみ含酸素ガス６０７を混ぜることによっても、上述と同様の効果を得ることができる。なお、含酸素ガス６０７を混ぜる割合は、残酸素濃度を１〜１０％、好ましくは５〜６％とし、ＣＯを発生させずに安定した燃焼を維持できる割合とするのが好ましい。
【００５７】
図３から図９に示す実施形態においては、可燃ガス室と燃焼ガス室との間に仕切壁が存在する。この仕切壁は、金属材料だけで構成するか、もしくは、金属材料と非金属の耐熱材料で構成することができる。また、仕切壁を構成する金属材料を保護するために冷却流体（水、空気など）を用いた冷却構造とするのがよい。冷却構造は、水冷管メンブレン、空冷管メンブレン、水冷ジャケットおよび空冷ジャケットの少なくともいずれか一つとする。冷却方式は、低温の冷却媒体が強制的に供給される強制冷却方式か、もしくは、低温の冷却流体を強制的に供給せず、冷却流体が自然対流する冷却方式のいずれでもよい。また、仕切壁を構成する金属材料が高温に耐えるものであれば、冷却構造としないでおくことにより、燃焼ガス室から可燃ガス室へ仕切壁を介して多量の高温顕熱を移動させることができる。
【００５８】
ここで、図１および図２に示す例では、燃焼ガスから可燃ガスへの熱移動を生じさせるために、熱交換器３を用いたが、これに限られるものではない。図１０（ａ）は、本発明の第８の実施形態におけるガス処理システムを示す模式図である。図１０（ａ）に示すように、このガス処理システムにおいては、ガス化炉７０１で発生した可燃ガス１１０と燃焼ガス１２０とが二重管７０３を通ってそれぞれ可燃ガス利用装置１００と燃焼ガス利用装置２００に送られる。なお、図１０（ａ）において、可燃ガス利用装置１００と燃焼ガス利用装置２００は同一のものであってもよい。
【００５９】
図１０（ａ）に示す例では、可燃ガス１１０は二重管７０３の内管７０４の内部空間を流れ、燃焼ガス１２０は内管７０４と外管７０５との間の空間を流れるようになっている。このような二重管７０３の構造により、相対的に高温の燃焼ガス１２０と相対的に低温の可燃ガス１１０との間で内管７０４を伝熱面とした間接熱交換が行われ、燃焼ガス１２０から可燃ガス１１０への熱移動が生じる。これにより、別途水蒸気（図１の符号１３）や電気などを用いて熱源を供給しなくても、ヒート・トレースと同様の効果により、可燃ガス１１０の温度が低下することを防止するとともに、燃焼ガスが有する顕熱を有効に利用することができる。このような構成は、可燃ガス１１０と燃焼ガス１２０が明確に区別された状態で、ガス発生炉７０１で発生するタール分を含む可燃ガス１１０を可燃ガス利用装置１００に導入するまでに一定距離以上流す必要がある場合に特に有効である。
【００６０】
ここで、可燃ガス１１０と燃焼ガス１２０との間の熱伝達効率を向上させるために、図１０（ｂ）に示すように、内管７０４の外周面にフィン７０６を設けて伝熱面積を増加させてもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、内管７０４の内周面にフィン７０７を設けてもよい。あるいは、内管７０４の外周面と内周面の双方にフィンを設けてもよい。図１０（ｃ）に示すように、フィン７０７を内管７０４の内周面に設けることにより、内管７０４の管壁の温度を、より低温である可燃ガス１１０に近づけることができるので、内管７０４の構造強度維持などの観点から好ましい。
【００６１】
図１１は、本発明の第９の実施形態におけるガス処理システムを示す模式図である。この実施形態は、上述した各実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図２に示すガス処理システムにおけるガス発生炉として、図７に示すガス発生炉４０１を用い、図２に示す熱交換器３に代えて図１０（ａ）に示す二重管７０３を用いたものである。なお、図２における活性炭塔７およびダンパ８は図１１においては図示を省略している。
【００６２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガス処理システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるガス処理システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるガス発生炉を示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施形態におけるガス発生炉を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は図４のガス発生炉内の仕切壁の一例を示す立面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は図５（ａ）の仕切壁を用いた場合の流動媒体の流れの例を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は図４のガス発生炉内の仕切壁の一例を示す立面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の仕切壁を用いた場合の流動媒体の流れの例を示す平面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるガス発生炉を示す模式図である。
【図８】本発明の第６の実施形態におけるガス発生炉を示す模式図である。
【図９】本発明の第７の実施形態におけるガス発生炉を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第８の実施形態におけるガス処理システムを示す模式図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は図１０（ａ）のガス処理システムにおける二重管の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第９の実施形態におけるガス処理システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１    可燃ガス発生炉
２    燃焼ガス発生部
３    熱交換器
４    スクラバ
５    ガス冷却装置
６    バグフィルタ
７    活性炭塔
８    ダンパ
９    ガス循環ブロア
１０，１１，１２，１４，１５，１０６，１１０    可燃ガス
２０，２１，５０，５２，５３，１２０    燃焼ガス
４０    洗浄水
４１    スクラバ排水
５４    煙突
９０    循環経路
１００    可燃ガス利用装置
１０２，２０２    可燃ガス発生部
１０３，２０３，２０３ａ，２０３ｂ    仕切壁
１０４，２０４    可燃ガス室
１０４ａ，１０５ａ，２０４ａ，２０５ａ    排出口
１０５，２０５    燃焼ガス室
１０７，３０７，４０７，６０７    燃焼用含酸素ガス
２００    燃焼ガス利用装置
３０８    開口部（連通部）
７０３    二重管
７０４    内管
７０５    外管
７０６，７０７    フィン
【図１】
2006056954.tif 000003
【図２】
2006056954.tif 000004
【図３】
2006056954.tif 000005
【図４】
2006056954.tif 000006
【図５】
2006056954.tif 000007
【図６】
2006056954.tif 000008
【図７】
2006056954.tif 000009
【図８】
2006056954.tif 000010
【図９】
2006056954.tif 000011
【図１０】
2006056954.tif 000012
【図１１】
2006056954.tif 000013