(57)【要約】【課題】スラグを分離する際にガスの温度低下を抑制する。【解決手段】スラグ分離装置１２０は、ガス導入口２２２ａと、ガス導入口２２２ａの下方に形成されたガス排出口２２６ｂと、ガス排出口２２６ｂの下方に形成され、堆積された砂を抜き出す砂抜出口２２８ａとを有し、鉛直方向に延在した本体２２０と、本体２２０に砂を供給する砂供給部２３０と、を備える。スラグ分離装置１２０は、砂でスラグを冷却するため、水で冷却する従来技術と比較して、ガスの温度低下を抑制することができる。【選択図】図２
2018204915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入口と、前記ガス導入口の下方に形成されたガス排出口と、前記ガス排出口の下方に形成された砂供給口と、前記砂供給口の下方に形成され、堆積された砂を抜き出す砂抜出口とを有し、鉛直方向に延在した本体と、
前記砂供給口を通じて前記本体に砂を供給する砂供給部と、
を備えるスラグ分離装置。
【請求項２】
前記砂抜出口を通じて前記本体内から抜き出された砂からスラグを取り除く除去部を備え、
前記砂供給部は、前記除去部によってスラグが取り除かれた砂を前記本体に供給する請求項１に記載のスラグ分離装置。
【請求項３】
前記本体の下部に流動化ガスを供給して前記砂の流動層を形成するガス供給部を備える請求項１または２に記載のスラグ分離装置。
【請求項４】
前記砂抜出口を通じて前記本体内から抜き出された砂、および、前記本体内に収容された砂のうち、いずれか一方または両方の砂から熱を回収する熱回収部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載のスラグ分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスからスラグを分離するスラグ分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
灰分が含まれる灰含有ガスから灰分を除去する装置として溶融炉が知られている。溶融炉は、灰含有ガスを加熱することで灰分を溶融（液状化）させてスラグとし、灰含有ガスからスラグ（灰分）を取り除く装置である。
【０００３】
溶融炉として、炉本体の下端を、水槽に貯留された水で水封する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。このような技術において、炉本体を落下したスラグは、水槽に貯留された水によって冷却されて固化する。そして、固化したスラグは、外部に排出されて、セメント原料、土木建材用資材、ガラス原料等として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２８０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記炉本体の下端を水封する従来の溶融炉では、水槽に貯留された水によって、炉本体内の高温のガスの熱が奪われてしまう。このため、溶融炉の後段に設けられる熱回収部によって回収されるガスの熱量が低減してしまうという問題がある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、スラグを分離する際にガスの温度低下を抑制することが可能なスラグ分離装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様にかかるスラグ分離装置は、ガス導入口と、前記ガス導入口の下方に形成されたガス排出口と、前記ガス排出口の下方に形成された砂供給口と、前記砂供給口の下方に形成され、堆積された砂を抜き出す砂抜出口とを有し、鉛直方向に延在した本体と、前記砂供給口を通じて前記本体に砂を供給する砂供給部と、を備える。
【０００８】
また、前記砂抜出口を通じて前記本体内から抜き出された砂からスラグを取り除く除去部を備え、前記砂供給部は、前記除去部によってスラグが取り除かれた砂を前記本体に供給してもよい。
【０００９】
また、前記本体の下部に流動化ガスを供給して前記砂の流動層を形成するガス供給部を備えてもよい。
【００１０】
また、前記砂抜出口を通じて前記本体内から抜き出された砂、および、前記本体内に収容された砂のうち、いずれか一方または両方の砂から熱を回収する熱回収部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、スラグを分離する際にガスの温度低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガス化ガス生成システムを説明する図である。
【図２】スラグ分離装置を説明する図である。
【図３】変形例のスラグ分離装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（ガス化ガス生成システム１００）
図１は、ガス化ガス生成システム１００を説明する図である。図１中、原料、ガス、水蒸気、空気、酸化剤の流れを実線の矢印で、流動媒体（砂）の流れを一点鎖線の矢印で示す。図１に示すようにガス化ガス生成システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、スラグ分離装置１２０と、精製装置１３０とを含んで構成される。
【００１５】
ガス化ガス生成装置１１０は、原料をガス化させてガス化ガスＳＧを生成する。ガス化ガスＳＧは、スラグ分離装置１２０に導入される。スラグ分離装置１２０は、ガス化ガスＳＧに含まれる可燃性ガス（例えば、水素）の一部を燃焼させる。これにより、ガス化ガスＳＧに含まれる灰分が溶融されてスラグが生成される。こうして、スラグ分離装置１２０は、ガス化ガスＳＧから灰分を除去してガス化ガスＰＧを生成する。ガス化ガスＰＧは、精製装置１３０に送出される。精製装置１３０は、ガス化ガスＰＧを精製する。以下、ガス化ガス生成装置１１０、スラグ分離装置１２０の具体的な構成について説明する。
【００１６】
（ガス化ガス生成装置１１０）
ガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、サイクロン１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。ガス化ガス生成装置１１０は、循環流動層式ガス化システムである。ガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２、サイクロン１１４、ガス化炉１１６に、熱媒体としての流動媒体を循環させている。流動媒体は、粒径が３００μｍ程度の珪砂で構成される。
【００１７】
燃焼炉１１２は、筒形状（例えば、円筒形状）である。燃焼炉１１２には、ガス化炉１１６から流動媒体および残渣（原料の残渣）が導入される。また、燃焼炉１１２には、空気が供給される。燃焼炉１１２では、残渣（燃料）が燃焼されて、流動媒体が９００℃〜１０００℃程度に加熱される。燃焼炉１１２で加熱された流動媒体および燃焼排ガスは、サイクロン１１４に送出される。
【００１８】
サイクロン１１４は、円筒部と、縮径部とで構成される。円筒部は、円筒形状であり、軸が鉛直方向に配された同径の部材である。縮径部は、円筒部の下端に連続した部材である。縮径部は、鉛直上方から鉛直下方に向かうに従って径が漸減する部材である。サイクロン１１４は、燃焼炉１１２から導入された流動媒体と燃焼排ガスとの混合物を固気分離する。サイクロン１１４で分離された高温の流動媒体は、サイクロン１１４の底部を通じてガス化炉１１６に導入される。
【００１９】
ガス化炉１１６は、例えば、気泡流動層（バブリング流動層）ガス化炉である。ガス化炉１１６には、流動媒体と水蒸気とが導入され、内部に流動媒体の流動層が形成される。また、ガス化炉１１６には、原料が投入される。投入された原料は、流動媒体が有する７００℃〜９００℃程度の熱と、水蒸気とによってガス化（水蒸気ガス化）され、ガス化ガス（合成ガス）ＳＧが生成される。生成されたガス化ガスＳＧは、スラグ分離装置１２０に送出される。一方、ガス化炉１１６において流動化された流動媒体は、燃焼炉１１２に戻される。
【００２０】
このように、本実施形態のガス化ガス生成装置１１０において、流動媒体は、燃焼炉１１２、サイクロン１１４、ガス化炉１１６を、この順に移動し、再度燃焼炉１１２に導入される。つまり、流動媒体は、燃焼炉１１２、サイクロン１１４、ガス化炉１１６を循環することとなる。
【００２１】
（スラグ分離装置１２０）
図２は、スラグ分離装置１２０を説明する図である。図２中、ガス、スラグ、砂等の物質の流れを実線の矢印で示す。
【００２２】
図２に示すように、スラグ分離装置１２０は、ガス処理部２１０と、砂処理部２５０とを含んで構成される。ガス処理部２１０は、本体２２０と、砂供給部２３０と、酸化剤導入部２４０と、熱回収部２４２とを含んで構成される。
【００２３】
本体２２０は、鉛直方向に延在した部材であり、上部同径部２２２と、上部縮径部２２４と、下部同径部２２６と、下部縮径部２２８とで構成される。上部同径部２２２は、筒形状（例えば、円筒形状）であり、軸が鉛直方向に配された同径の部材である。上部同径部２２２の上部側壁には、ガス導入口２２２ａが形成される。上記ガス化ガス生成装置１１０で生成されたガス化ガスＳＧは、ガス導入口２２２ａを通じてガス処理部２１０内に導入される。
【００２４】
上部縮径部２２４は、上部同径部２２２の下端に連続した部材である。上部縮径部２２４は、鉛直上方から鉛直下方に向かうに従って径が漸減する部材である。
【００２５】
下部同径部２２６は、筒形状（例えば、円筒形状）であり、軸が鉛直方向に配された同径の部材である。下部同径部２２６の上面には開口２２６ａが形成されている。下部同径部２２６の開口２２６ａは、上部縮径部２２４の下端に接続される。また、下部同径部２２６の側壁には、ガス排出口２２６ｂ、砂供給口２２６ｃが形成されている。砂供給口２２６ｃは、ガス排出口２２６ｂの下方に形成される。
【００２６】
下部縮径部２２８は、下部同径部２２６の下端に連続した部材である。下部縮径部２２８は、鉛直上方から鉛直下方に向かうに従って径が漸減する部材である。下部縮径部２２８の下部には、砂抜出口２２８ａが形成されている。砂抜出口２２８ａには、配管２４４が接続されている。配管２４４には、バルブ２４６が設けられている。
【００２７】
砂供給部２３０は、本体２２０内に砂を供給する。これにより、本体２２０（下部縮径部２２８、下部同径部２２６）内に、砂層ＳＳ（砂の層（堆積された砂））が形成される。砂供給部２３０は、ホッパ２３２と、配管２３４と、バルブ２３６とを含んで構成される。ホッパ２３２は、例えば、常温（２５℃程度）で砂を貯留する。砂は、例えば、珪砂で構成される。砂は、上記流動媒体と同じであってもよい。ホッパ２３２は、底面が砂供給口２２６ｃより上方に位置するように設けられる。配管２３４は、ホッパ２３２と砂供給口２２６ｃとを接続する。バルブ２３６は、配管２３４に設けられる。
【００２８】
酸化剤導入部２４０は、本体２２０（上部同径部２２２）の上部に酸化剤（例えば、酸素）を導入する。酸化剤が導入されると、本体２２０内において、ガス化ガスＳＧ中の可燃性ガス（例えば、水素）の一部が燃焼する（酸化される）。これにより、ガス化ガスＳＧが９００℃〜１５００℃程度に昇温されて、ガス化ガスＳＧに含まれるタールが改質（酸化改質）される（改質処理）。また、ガス化ガスＳＧに含まれる灰分は、ガス化ガスＳＧの燃焼熱によってスラグＭＳとなり、自重でガス化ガスＳＧから分離される。スラグＭＳが分離されたガス化ガスＰＧは、ガス排出口２２６ｂを通じて、後段の精製装置１３０に送出される。
【００２９】
一方、ガス化ガスＳＧから分離されたスラグＭＳは、自重で砂層ＳＳに落下する。そうすると、スラグＭＳは、砂層ＳＳ（砂層ＳＳの表面に位置する砂）に接触することで冷却され固形化される。また、砂層ＳＳは、スラグＭＳの熱によって加熱される。
【００３０】
熱回収部２４２は、下部同径部２２６に配される。熱回収部２４２は、下部同径部２２６に形成された砂層ＳＳ（砂およびスラグＭＳ）の熱を回収する。熱回収部２４２は、例えば、熱交換器で構成される。熱回収部２４２で回収された熱は、ガス化ガス生成装置１１０や精製装置１３０で利用される。
【００３１】
砂処理部２５０は、除去部２５２と、搬送部２５４とを含んで構成される。砂処理部２５０は、砂抜出口２２８ａ、配管２４４を通じて、本体２２０内から抜き出された砂からスラグＭＳを取り除く。砂処理部２５０は、例えば、砂が通過可能であり、スラグＭＳが通過困難または通過不可能な孔が複数形成されたふるいで構成される。搬送部２５４は、スラグＭＳが取り除かれた砂をホッパ２３２に搬送する。搬送部２５４は、例えば、コンベヤで構成される。
【００３２】
続いて、バルブ２３６、２４６の開閉処理について説明する。まず、スラグ分離装置１２０による改質処理の開始前のバルブ２３６、２４６の開閉処理について説明する。次に、スラグ分離装置１２０による改質処理中のバルブ２３６、２４６の開閉処理について説明する。
【００３３】
（改質処理の開始前のバルブ２３６、２４６の開閉処理）
改質処理が開始される前、すなわち、ガス化ガスＳＧの導入が開始される前において、バルブ２４６が閉弁され、バルブ２３６が開弁される。そうすると、ホッパ２３２から、配管２３４、砂供給口２２６ｃを通じて、砂が自重で本体２２０内に供給される。本体２２０内に供給された砂は、自重で落下し、下部縮径部２２８、下部同径部２２６に充填される。これにより、下部同径部２２６、下部縮径部２２８に砂層ＳＳが形成される。なお、砂層ＳＳの高さ（鉛直方向の長さ）が、砂供給口２２６ｃの下方の所定の初期高さに到達すると、バルブ２３６が閉弁される。このように、本体２２０内に砂層ＳＳが収容された後、スラグ分離装置１２０にガス化ガスＳＧおよび酸化剤が導入され、改質処理が開始される。
【００３４】
（改質処理中のバルブ２３６、２４６の開閉処理）
改質処理中は、所定時間ごとに、砂の一部を交換する交換処理が実行される。ここで、所定時間は、前回交換処理が為されてから（１回目の交換処理を実行する場合には、改質処理が開始されてから）、砂層ＳＳの高さが所定の上限高さに到達するまでの時間である。なお、上限高さは、ガス排出口２２６ｂの下端より下方であり、上記初期高さより上方の所定の高さである。
【００３５】
交換処理では、まず、バルブ２４６が開弁される。これにより、本体２２０内から、砂抜出口２２８ａ、配管２４４を通じて、砂およびスラグＭＳが抜き出される。そして、砂層ＳＳの高さが所定の下限高さに到達すると、バルブ２４６が閉弁される。なお、下限高さは、初期高さ未満の高さであり、本体２２０内と外部とのシール（密閉）が維持できる砂層ＳＳの高さである。つまり、下限高さは、本体２２０内から外部へのガス化ガスＳＧの流出、および、外部から本体２２０への大気の流入を防止できる砂層ＳＳの高さである。続いて、バルブ２３６が開弁され、ホッパ２３２から本体２２０内に砂が供給される。そして、砂層ＳＳの高さが、初期高さに到達すると、バルブ２３６が閉弁される。こうして、砂の交換処理が実行される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のスラグ分離装置１２０によれば、砂供給部２３０を備える構成により、本体２２０の下部（下部同径部２２６、下部縮径部２２８）に砂層ＳＳを充填することができる。これにより、砂層ＳＳでスラグＭＳを冷却することが可能となる。
【００３７】
本体の下端を水封する従来技術では、ガス化ガスＳＧの熱（輻射熱）で水が蒸発する。したがって、ガス化ガスＳＧから、蒸発による潜熱が奪われ、ガス化ガスＳＧの温度が低下してしまうという問題があった。しかし、スラグ分離装置１２０においてスラグＭＳを冷却する砂は、水とは異なり、ガス化ガスＳＧが有する９００℃〜１５００℃程度の熱で蒸発することはない。このため、蒸発による潜熱が生じない。したがって、従来技術と比較して、ガス化ガスＳＧの温度低下を抑制することが可能となる。これにより、後段の精製装置１３０において、ガス化ガスＳＧから効率よく熱回収を行うことができる。また、従来技術とは異なり、ガス化ガスＰＧに余計な水蒸気が追加される事態を回避することが可能となる。
【００３８】
また、上記交換処理を繰り返し実行することにより、スラグＭＳを砂の間に介在させることができる。つまり、スラグＭＳを砂で囲繞することができる。したがって、スラグＭＳを効率よく冷却することが可能となる。
【００３９】
また、除去部２５２および搬送部２５４を備える構成により、砂を繰り返し利用することができる。したがって、砂に要するコストを低減することが可能となる。
【００４０】
また、熱回収部２４２を備える構成により、スラグＭＳの熱（スラグＭＳによって加熱された砂層ＳＳの熱）を回収することができる。これにより、砂（砂層ＳＳ）を冷却することができ、スラグＭＳの冷却（固形化）を効率よく行うことが可能となる。
【００４１】
（変形例）
図３は、変形例のスラグ分離装置３２０を説明する図である。また、図３中、ガス、スラグ、砂等の物質の流れを実線の矢印で示す。図３に示すように、スラグ分離装置３２０は、ガス処理部３３０と、砂処理部２５０とを含んで構成される。ガス処理部３３０は、本体３４０と、ガス供給部３５０と、砂供給部２３０と、酸化剤導入部２４０と、熱回収部２４２とを含んで構成される。本体３４０は、上部同径部２２２と、上部縮径部２２４と、下部同径部３４６とで構成される。なお、上述したスラグ分離装置１２０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４２】
下部同径部３４６は、筒形状（例えば、円筒形状）であり、軸が鉛直方向に配された同径の部材である。下部同径部３４６の上面には開口２２６ａが形成されている。下部同径部３４６の開口２２６ａは、上部縮径部２２４の下端に接続される。また、下部同径部３４６の側壁には、ガス排出口２２６ｂ、砂供給口２２６ｃが形成されている。砂供給口２２６ｃは、ガス排出口２２６ｂの下方に形成される。
【００４３】
下部同径部３４６の下部は、分散板３４８が設けられる。分散板３４８は、砂が通過不可能であり、流動化ガスが通過可能な孔が複数形成されている。また、分散板３４８には、砂抜出口３４８ａが形成されている。砂抜出口３４８ａには、配管２４４が接続されている。
【００４４】
ガス供給部３５０は、分散板３４８を通じて、本体３４０の下部に流動化ガスを供給する。ガス供給部３５０は、風箱３５２と、ポンプ３５４とを含んで構成される。風箱３５２は、下部同径部３４６の下方に設けられる。風箱３５２の上部は、分散板３４８で覆われる。配管２４４は、風箱３５２を貫通する。
【００４５】
ポンプ３５４は、風箱３５２に流動化ガスを供給する。流動化ガスは、例えば、精製装置１３０によって精製されたガス化ガスである。ポンプ３５４によって風箱３５２に流動化ガスが供給されると、流動化ガスは、分散板３４８を通過して、下部同径部３４６に供給される。そうすると、下部同径部３４６に収容された砂が流動化し、砂の流動層ＲＳが形成される。
【００４６】
したがって、スラグＭＳは、流動層ＲＳに落下した後、砂とともに流動化される。つまり、下部同径部３４６において、砂とスラグＭＳとが混合される。これにより、変形例のスラグ分離装置３２０では、上記スラグ分離装置１２０と比較して、砂とスラグＭＳとが効率よく接触することになる。このため、スラグＭＳを効率よく冷却することが可能となる。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４８】
例えば、上記実施形態および変形例において、スラグ分離装置１２０、３２０が砂処理部２５０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、砂処理部２５０は必須の構成ではない。
【００４９】
また、上記実施形態において、所定時間ごとに交換処理を実行する構成を例に挙げて説明した。しかし、交換処理を連続して実行してもよい。交換処理を連続して実行する場合、砂層ＳＳ（または、流動層ＲＳ）の高さが、初期高さに維持されるように、バルブ２３６、２４６の開度が調整される。
【００５０】
また、上記実施形態および変形例において、熱回収部２４２が本体２２０、３４０内に収容された砂から熱を回収する構成について説明した。しかし、熱回収部２４２は、本体２２０、３４０から抜き出された砂およびスラグのうち、いずれか一方または両方から熱を回収してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態および変形例において、スラグ分離装置１２０、３２０が熱回収部２４２を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、熱回収部２４２は、必須の構成ではない。
【００５２】
また、ガス供給部を、複数の管と、ポンプとで構成してもよい。管は、複数の孔が形成されており、例えば、上記スラグ分離装置１２０の下部縮径部２２８に挿入される。ポンプは、管に流動化ガスを供給する。これにより、本体２２０において、砂の流動層を形成することができる。なお、管に形成された孔は、上記分散板３４８の孔と同様に、砂が通過不可能であり、流動化ガスが通過可能な大きさである。また、管は、孔が下方に開口されるように、下部縮径部２２８内に挿入されるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示は、ガスからスラグを分離するスラグ分離装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１２０  スラグ分離装置
２２０  本体
２２２ａ  ガス導入口
２２６ｂ  ガス排出口
２２６ｃ  砂供給口
２２８ａ  砂抜出口
２３０  砂供給部
２４２  熱回収部
２５２  除去部
３２０  スラグ分離装置
３４０  本体
３４８ａ  砂抜出口
３５０  ガス供給部
【図１】
2018204915.tif 000003
【図２】
2018204915.tif 000004
【図３】
2018204915.tif 000005