(57)【要約】【課題】ガス化施設における異常発生を早期に検知でき、その異常発生の当初から安全性を確保できるガス化施設の緊急停止装置を提供すること。【解決手段】ガス化炉２への原料（有機物）の供給を遮断する原料遮断手段７と、ガス配管４内の酸素濃度を計測する酸素濃度計８と、ガス配管の途中に設けられたガスホルダ１２と、ガス配管から分岐して設けられたフレアスタック９と、ガス利用先へのガス化可燃性ガスの供給を遮断するガス遮断手段１３とを備えるガス化施設の緊急停止装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物をガス化炉でガス化し、得られたガス化可燃性ガスをガス配管にてガス利用先に移送するガス化施設の緊急停止装置であって、ガス化炉への有機物の供給を遮断する原料遮断手段と、ガス配管内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、ガス配管の途中に設けられたガスホルダと、ガス配管から分岐して設けられたフレアスタックと、ガス利用先へのガス化可燃性ガスの供給を遮断するガス遮断手段とを備えるガス化施設の緊急停止装置。
【請求項２】
フレアスタックへの分岐部に切り替え弁が設置されている請求項１に記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項３】
ガス配管の途中にガス昇圧機が設置されており、酸素濃度計が、ガス昇圧機より下流側であってフレアスタックへの分岐部より上流側に設置されている請求項１又は２に記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項４】
酸素濃度計が、その設置位置を基点として、ガス昇圧機までの間にガス配管の直径の５倍以上の直線部分を有するとともにフレアスタックへの分岐部までの間にガス配管の直径の３倍以上の直線部分を有する位置に設置され、かつガス配管を流れるガス化可燃性ガスの平均流速のレイノルズ数が３０００以上である請求項３に記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項５】
酸素濃度計が光学式である請求項１〜４のいずれかに記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項６】
ガスホルダでのガス化可燃性ガスの滞留時間が、酸素濃度計の計測遅れ時間とガス遮断手段の動作時間との合計の１．２倍以上である請求項１〜５のいずれかに記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項７】
ガスホルダが内容積を変えることのできる容積可変式のガスホルダである請求項１〜５のいずれかに記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項８】
ガスホルダ内のガス化可燃性ガスの貯留量を、当該ガスホルダの最大貯留量から、ガス遮断に要する時間内にガスホルダに流入するガス化可燃性ガスの量を差し引いた量以下に制御する請求項７に記載のガス化施設の緊急停止装置。
【請求項９】
ガス遮断手段が水封式のガス遮断手段である請求項１〜８のいずれかに記載のガス化施設の緊急停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃油、有機下水汚泥や廃木材などのバイオマス、廃プラスチック、一般家庭ごみ、繊維系廃棄物などの有機物を含む物質をガス化炉でガス化し、得られた可燃性ガス（本発明では「ガス化可燃性ガス」という。）をガス配管にてガス利用先に移送するガス化施設において、異常発生時に、ガス利用先へのガス化可燃性ガスの移送を遮断し、ガス化施設を緊急停止させるガス化施設の緊急停止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源問題や環境問題への注目が強くなるに従って、石油資源の枯渇や炭酸ガス排出削減のニーズが強くなりつつある。そのために、化石燃料の代替エネルギーとして、バイオマス利用や廃棄物リサイクルが推進されつつある。化石燃料代替技術としては、天然繊維やでんぷんをエタノールなどに加工する方法、廃木材や廃プラスチックを固形燃料（ＲＰＦ）に加工する方法、廃プラスチックを炭化水素油に転換する方法、廃木材、下水有機汚泥や廃プラスチックを可燃性ガスに転換する方法や、高炉やコークス炉などの製鉄設備で使用する方法などが行われている。
【０００３】
これらの方法のうち、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃木材、下水有機汚泥、廃プラスチック、一般家庭ごみ、衣料屑や強化プラスチックなどの有機系産業廃棄物、木材などを含む建設廃棄物などの有機物を含む物質を可燃性ガスに転換する方法（ガス化技術）は、各種の有機物を使用することができ、かつ、これらの混合物であっても問題がない利点がある。
【０００４】
ところが、とくに廃プラスチック等の廃棄物をガス化する場合、廃棄物は異物を多く含むことから、ガス化炉への原料供給が停止することがある。また、ガス化して得られたガス化可燃性ガスは、不純物を多く含み、ガス化可燃性ガスを浄化するガス処理装置や装置同士を接続するガス配管内部で不純物が付着、成長し、ガス配管の閉塞を引き起こし、ガス施設が停止することもあり得る。さらには、腐食その他でガス配管に孔が開くことで外気が混入し、ガス化可燃性ガスと酸素が混合して爆発性のガスが生成し、事故に至る可能性もある。このようなことから、ガス化可燃性ガスを発生させて利用するガス施設においては、異常発生時に施設を安全かつ速やかに停止することがとくに求められる。
【０００５】
従来、ガス施設の緊急停止装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、異常発生時にガス化可燃性ガスを燃焼放散するフレアスタックを備えたものがあった。
【０００６】
しかし、フレアスタックのみでは、異常発生当初の安全性に問題がある。すなわち、異常発生を検知したとしても、ガス化可燃性ガスの燃焼放散のためにガス経路をフレアスタック側に切り替えるまでの時間がかかるので、その間に異常事態が下流側の機器に波及して大きな事故につながる可能性がある。また、フレアスタックから未燃のガス化可燃性ガスが放散されないようにするには、フレアスタックを常時点火しておく必要があり、エネルギーの浪費がある。
【０００７】
さらに異常事態を拡大させないためには、異常発生を早期に検知することが重要であるが、特許文献１ではガス化施設がトリップ（全停止）した場合を想定しており、その前段階の異常の発生を検知する手段はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、ガス化施設における異常発生を早期に検知でき、その異常発生の当初から安全性を確保できるガス化施設の緊急停止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、有機物をガス化炉でガス化し、得られたガス化可燃性ガスをガス配管にてガス利用先に移送するガス化施設の緊急停止装置であって、ガス化炉への有機物の供給を遮断する原料遮断手段と、ガス配管内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、ガス配管の途中に設けられたガスホルダと、ガス配管から分岐して設けられたフレアスタックと、ガス利用先へのガス化可燃性ガスの供給を遮断するガス遮断手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
ガス化施設で最も気を付ける必要があるのが、ガス配管内への酸素の流入である。本発明では、ガス配管内の酸素濃度を計測する酸素濃度計を設けたことで、酸素濃度の上昇を早期に検知できる。
【００１２】
酸素濃度が上昇した場合には、ガス遮断手段によってガス利用先へのガス化可燃性ガスの供給を遮断し、フレアスタックでガス化可燃性ガスを燃焼放散させるようにする必要があるが、ガス化施設のガス配管は径が大きく、遮断には時間がかかり、また、ガス経路をフレアスタック側に切り替えるまでの時間もかかるため、異常発生当初の安全性に問題がある。本発明では、ガス配管の途中にガスホルダを設け、緊急停止のための各機器の動作完了までのガス化ガス可燃性ガスをガスホルダに貯留できるようにしたことで、異常発生当初から安全性を確保できる。
【００１３】
さらに本発明では、ガス化炉への原料（有機物）の供給を遮断する原料遮断手段を設けたことで、異常発生時に原料の供給を速やかに停止でき、緊急停止時にガス化可燃性ガスの放散を最小限に抑えることができる。
【００１４】
本発明において、フレアスタックはガスホルダの上流側から分岐させることが好ましい。また、分岐部には切り替え弁を設け、通常運転時にはフレアスタックを使用せず、異常発生時にのみフレアスタックを使用するようにすることが好ましい。そうすれば、フレアスタックを常時点火しておく必要がなくなり、エネルギーを節約できる。切り替え弁は停電時や制御装置が故障の際には安全側（フレアスタック側）に動作するような構成とすることが好ましい。なお本発明では、上述のとおりガス配管の途中にガスホルダを設けているので、フレアスタックの起動が遅れたとしても安全性は確保される。また、ガスホルダ内部の立ち上げ前や異常時の酸素含有ガス、パージガス、起動中のガスを放散するために、ガスホルダ下流からフレアスタックに接続するガス配管を設けることも好ましい。
【００１５】
ガス化施設のガス配管には、通常、ガス移送のためにガス昇圧機が設置されており、この場合、酸素濃度計は、ガス昇圧機より下流側であってフレアスタックへの分岐部より上流側に設置することが好ましい。ガス昇圧機を設置した場合、その上流側が負圧になって外気が流入する可能性があるが、酸素濃度計をガス昇圧機よりも上流側に設置すると、酸素濃度計とガス昇圧機間で外気の流入があった場合に検知できない。また、酸素濃度計をフレアスタックへの分岐部よりも下流に設置すると、異常事態が復旧したことを検知できない。
【００１６】
また、上述のガスホルダによる効果を最大限に発揮させるには、酸素濃度計はガスホルダの上流側に設置することが好ましい。
【００１７】
さらに酸素濃度計は、その設置位置を基点として、ガス昇圧機までの間にガス配管の直径の５倍以上の直線部分を有するとともにフレアスタックへの分岐部までの間にガス配管の直径の３倍以上の直線部分を有する位置に設置することが好ましい。ガス配管の屈曲部や分岐部の前後ではガス流れが偏流するため、酸素濃度を正しく計測できない可能性があるからである。酸素濃度計の設置位置から、上流側と下流側にそれぞれガス配管の直径の５倍以上と３倍以上の直線距離を有するようにすることで、ガスの混合が十分に促進され、酸素濃度を正確に計測できる。
【００１８】
また、ガス配管を流れるガス化可燃性ガスの平均流速のレイノルズ数は３０００以上が好ましい。３０００未満では乱流が十分に形成されず、混合が十分になされない場合がある。
【００１９】
また、酸素濃度計を設置するガス配管が鉛直方向でない場合には、酸素濃度計はガス配管に対し水平より上面に設置することが好ましい。これによりガス化可燃性ガス中の不純物やドレーンが重力によって酸素濃度計に侵入することを防止できる。酸素濃度計への不純物侵入対策としては、窒素等の不活性ガスで酸素濃度計をパージできるようにしてもよい。
【００２０】
酸素濃度計は光学式であることが好ましい。とくに赤外線式酸素濃度計が精度も高く、好ましい。光学式の酸素濃度計を用いることで酸素濃度の変化を迅速に計測して異常を検知し、ガス化施設を速やかに停止させることができる。ガスクロマトグラフィー等のガス分析方法では時間がかかり、速やかに異常を検知することは難しい。
【００２１】
本発明では、ガスホルダでのガス化可燃性ガスの滞留時間が、酸素濃度計の計測遅れ時間とガス遮断手段の動作時間との合計の１．２倍以上となるようにすることが好ましい。これによって、ガス化施設の緊急停止時に酸素等を含んだガス化可燃性ガスがガス利用先に供給されることを確実に防止できる。具体的な滞留時間の好ましい範囲は１５分から１時間程度である。
【００２２】
また本発明では、ガスホルダとして内容積を変えることのできる容積可変式のガスホルダを用いることが好ましい。容積可変式のガスホルダを用いることで、ガス遮断時間中に容積を増大させることで、ガス化可燃性ガスの発生が継続しても下流側への流出を防止することができる。
【００２３】
容積可変式のガスホルダを用いる場合、ガスホルダ内のガス化可燃性ガスの貯留量を、当該ガスホルダの最大貯留量から、ガス遮断に要する時間内にガスホルダに流入するガス化可燃性ガスの量を差し引いた量以下に制御することが好ましい。このように、通常運転時には、ガスホルダの容積にガス遮断に要する時間分の貯留量相当の余裕を持たせることで、異常発生時に、ガス化可燃性ガスがガスホルダの下流側への流出することを防止できる。
【００２４】
また本発明では、ガス遮断手段として水封式のガス遮断手段を用いることが好ましい。ガス化可燃性ガスはダストやタール分などの異物を含む場合が多いので、運転中にガス遮断手段に異物が付着し、閉止動作を行っても完全に閉とならない場合が想定される。水封式のガス遮断手段を用いれば、ガス遮断手段自体が完全に閉にならなくても、水封によってガスを完全に遮断することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ガス化施設における異常発生を早期に検知でき、その異常発生の当初から安全性を確保しつつガス化施設を緊急停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の緊急停止装置を適用したガス化施設の構成図である。
【図２】酸素濃度計の設置位置を示す図である。
【図３】ガスホルダの運転状況を示す図である。
【図４】ガス遮断手段の構成を示す図である。
【図５】本発明の緊急停止装置による緊急停止動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の緊急停止装置を適用したガス化施設の構成図である。
【００２９】
まず、ガス化施設の基本構成を説明する。ガス化施設では、原料である有機物を原料供給装置１からガス化炉２に供給してガス化する。原料の具体例は、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃油、有機下水汚泥や廃木材などのバイオマス、廃プラスチック、一般家庭ごみ、繊維系廃棄物などの有機物を含む原料である。これをガス化炉２でガス化してガス化可燃性ガスに転換する。
【００３０】
ガス化炉２の型式は、シャフト式、ロータリーキルン式、流動床式などがあり、基本的には、有機物を乾留したり、水蒸気や酸素などと反応させることで、ガス化可燃性ガスを得るものである。例えば、シャフト方式のガス化炉では、炉下部から酸素若しくは空気を吹き込み、炉内で原料を部分燃焼させて熱を発生させ、発生した熱を原料と熱交換することで熱分解反応を行って、ガス化反応制御により、有機物をガス化する。
【００３１】
得られたガス化可燃性ガスには、可燃性の一酸化炭素、水素、メタンなどとともに、ダストやタール分などの不純物も含まれるので、必要に応じガス処理装置３にて、改質、冷却、除塵等の処理を行ってガス利用先で利用可能なレベルまで浄化する。浄化されたガス化ガスは、ガス配管４の途中に設けられたガス昇圧機５で昇圧され、ガスブロア６によってガス利用先に送られる。
【００３２】
このような構成において、図１に示す本発明の緊急停止装置は、原料遮断手段７と、酸素濃度計８と、フレアスタック９と、切り替え弁１０，１１と、ガスホルダ１２と、ガス遮断手段１３とからなる。
【００３３】
原料遮断手段７は、酸素濃度計８で計測したガス配管４内の酸素濃度が規定値以上になった場合に作動して、原料供給装置１からガス化炉２への原料の供給を遮断する。
【００３４】
酸素濃度計８は、ガス昇圧機５より下流側であってフレアスタックへの分岐部１４より上流側に設置されている。より具体的には、図２に示すように、酸素濃度計８の設置位置を基点として、ガス昇圧機５（図１参照）までの間にガス配管の直径Ｄの５倍以上の直線部分Ｌ１を有するとともにフレアスタックへの分岐部１４までの間にガス配管の直径Ｄの３倍以上の直線部分Ｌ２を有する位置に設置されている。
【００３５】
図１に戻ると、フレアスタック９は分岐部１４にてガス配管４から分岐して設けられており、異常発生時にガス化可燃性ガスを燃焼放散する。このフレアスタック９への切り替えは、切り替え弁１０，１１及びガス遮断手段１３によって行う。すなわち、通常運転時には、切り替え弁１０及びガス遮断手段１３を開、切り替え弁１１を閉としてフレアスタック９は使用しない。一方、異常発生時には、切り替え弁１０及びガス遮断手段１３を閉、切り替え弁１１を開としてフレアスタック９からガス化可燃性ガスを燃焼放散する。
【００３６】
ガスホルダ１２は分岐部１４の下流側のガス配管４の途中に設けられている。図１に示すガスホルダ１２は、その本体が上部槽１２ａと下部槽１２ｂに分離されており、上部槽１２ａは底面が開放され、また下部槽１２ｂは上面が開放されている構造である。上部槽１２ａ、下部槽１２ｂともに、鋼製の多角形柱もしくは円筒形の容器であり、その地面への投影形状は、上部槽１２ａが下部槽１２ｂの内部に納まるものである。下部槽１２ｂには水１５が貯留されており、上部槽１２ａのガス貯留部は水１５によって外気と遮断されている。上部槽１２ａが上下に移動することでガスホルダ１２の内容積が変わり、ガス化可燃性ガス量の変動に対し常に適切な滞留時間を維持する構造となっている。その滞留時間は、酸素濃度計８の計測遅れ時間とガス遮断手段１３の動作時間との合計の１．２倍以上となるようにする。
【００３７】
また、通常運転時のガスホルダ１２内のガス化可燃性ガスの貯留量は、図３に示すように、ガスホルダ１２の最大貯留量から、ガス遮断に要する時間内にガスホルダに流入するガス化可燃性ガスの量、すなわち緊急停止時貯留分を差し引いた量以下に制御する。このように、緊急停止時貯留分を確保した緊急停止確保運転を行うことで、異常発生時（緊急停止時）に、ガス化可燃性ガスがガスホルダ１２の下流側への流出することを確実に防止できる。
【００３８】
ガス遮断手段１３は、異常発生時にガス利用先へのガス化可燃性ガスの供給を遮断する。図１では、図４に示すようにＵ字型に屈曲させたガス配管４の底部に遮断弁１３ａを設け、ガス遮断時にガス配管４のＵ字型部分に貯留タンク１３ｂから遮断水を供給して水封するようにしている。この水封高さは、ガス化炉の運転圧力とガス利用先の運転圧力の高い方に対し２０％以上の余裕を持つようにすることが好ましい。このように水封式のガス遮断手段１３を用いることで、遮断弁１３ａが完全に閉にならなくても、水封によってガスを完全に遮断することができる。
【００３９】
次に、図１の緊急停止装置による緊急停止動作について図１及び図５を参照して説明する。
【００４０】
酸素濃度計８で計測したガス配管４内の酸素濃度が規定値以上になった場合、異常発生と判断して原料遮断手段７及びガス遮断手段１３を閉にし、それと同時にフレアスタック９に点火する。フレアスタック９が点火後、ガス化可燃性ガスをフレアスタック９から燃焼放散するために、ガスホルダ１２行きの切り替え弁１０を閉にし、フレアスタック９行きの切り替え弁１１を開にする。切り替え弁１０，１１による切り替え動作をフレアスタック９の点火後に行うのは、フレアスタック９が点火する前に切り替えを完了すると、未燃ガスがフレアスタック９から放散されるからである。なお、図５において破線は、切り替え中、点火中を表す。
【００４１】
この一連の緊急停止動作時のガスホルダ１２のガス貯留量と、ガス利用先へのガス流量は図５のとおりとなる。
【００４２】
このような酸素濃度計８による異常検知に基づく、原料遮断手段７、ガス遮断手段１３、フレアスタック９、及び切り替え弁１１，１２の動作は図示しない制御装置で実行することができる。また、手動で実行してもよい。また、酸素濃度計８に加えて他の異常検知手段を設け、いずれかの異常検知手段によって異常が検知された場合に異常発生と判断するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  原料供給装置
２  ガス化炉
３  ガス処理装置
４  ガス配管
５  ガス昇圧機
６  ガスブロア
７  原料遮断手段
８  酸素濃度計
９  フレアスタック
１０，１１  切り替え弁
１２  ガスホルダ
１２ａ  上部槽
１２ｂ  下部槽
１３  ガス遮断手段
１３ａ  遮断弁
１３ｂ  貯留タンク
１４  分岐部
１５  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011006576.tif 000006
【図５】
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