(57)【要約】【課題】ガス供給量を変化させることなく、粒子循環量の制御を可能とする循環流動層ガス化反応炉を提供する。【解決手段】少なくとも流動層ガス化炉と流動層燃焼炉とを備え、流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉において、該反応炉を構成する炉と炉の連通路の少なくとも１つにＬバルブを設けるとともに、該Ｌバルブのエアレーション用ノズル位置を可変にして、炉内の粒子循環量を調整可能とする。【選択図】図２
2011105891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも流動層ガス化炉と流動層燃焼炉とを備え、流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉において、
該反応炉を構成する炉と炉の連通路の少なくとも１つにＬバルブを設けるとともに、該Ｌバルブのエアレーション用ノズル位置を可変にして、炉内の粒子循環量を調整可能としたことを特徴とする循環流動層ガス化反応炉。
【請求項２】
循環流動層ガス化反応炉の運転条件の変化に応じて前記ノズル位置を自動的に変化させるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の循環流動層ガス化反応炉。
【請求項３】
前記流動層ガス化炉の前段に、アルカリ吸収炉を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化反応炉。
【請求項４】
前記流動層ガス化炉の前段に、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構造の熱分解炉を設けるとともに、下段の燃料熱分解炉から取り出される未燃焼チャーを含有する流動媒体と、上段のタール吸収炉から取り出されるタールが吸着した流動媒体とを、それぞれ独立して循環させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環流動層ガス化炉を用いて燃料より可燃ガスを取り出すためのガス化反応炉に関するものであって、特に、該燃ガス化炉における粒子循環量の制御が可能な循環流動層ガス化反応炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化水素資源の、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの固体燃料又は液体燃料を利用し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源として利用することにより、有機資源の有効活用を図る技術が開発されている。
生成したガスを可燃ガスとして取り出すためには、生成ガスに含まれるタールが析出する、或いはチャーが酸素と触れると燃焼する等の問題があるため、一般的には、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源及び石炭等を炭化水素系固体燃料として利用し、これを、ガス化炉内において可燃性ガスにガス化した後、未燃残渣分を燃焼炉に導き、酸素や空気などの酸化剤を用いて燃焼ガスとする方法を採用している（特許文献１、２等）。
これらの流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を有する循環流動層ガス化システムにおいては、それぞれの炉から、ガス化ガスと燃焼ガスを別々に取り出すことができ、不活性ガスを含まない高カロリーなガスを製造することができるという利点がある。
【０００３】
本発明者らは、これらの循環流動層ガス化システムについて更に検討を重ね、流動層ガス化炉の前段に、アルカリ吸収炉を設けることを提案している（特許文献３）。
また、流動層ガス化炉の前段に、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構成の燃料熱分解炉を備え、該燃料熱分解炉の下段の後段には、チャーガス化炉及びチャー残渣燃焼炉をこの順に連結させ、前記上段のタール吸収炉の後段には、コークガス化炉及びコーク残渣燃焼炉をこの順に連結させることにより、タール吸着効率が良好な多孔粒子の使用量を最小限にするとともに、該粒子が灰粒子と混在しないようにすることを提案している（特許文献４）。
【０００４】
一方、流動層を用いた燃焼炉等においては、流動媒体の良好な循環や流量制御のために、Ｌバルブ、Ｊバルブ等の空気式の制御手段が用いられている。
例えば、特許文献５には、流動層を形成する燃焼炉と、燃焼炉から排出される粒子を捕集するサイクロンと、サイクロンで分離された燃焼ガスを供給して熱交換により蒸気を発生させる対流伝熱部と、サイクロンで分離された粒子を循環粒子として燃焼炉に戻す循環ラインとを備えた循環流動層ボイラ装置において、サイクロン下部に粒子補修箱を設置し、その出口にＪバルブ、Lバルブと呼ばれる空気式の流量制御装置を備え、粒子循環量を制御することが記載されている。
また、特許文献６では、流動層燃焼炉において、炉内の流動媒体を供給又は抜き出すことにより流動層の高さを増減させ負荷変動に対応するようにした装置において、抜出側に設置されたＬバルブの垂直管の口径を水平管のそれよりも大きくすることにより、水平管に流動媒体が停滞して溶融、焼結、固結することなどが無く、良好に循環させることが提案されている。
さらに、特許文献７には、石炭ガスから硫化水素を除去する高温乾式流動層脱硫装置における、第１の反応器（脱硫）と第２の反応器（再生）の間の固体（脱硫剤）循環装置に関し、第２反応基の下部にＬバルブを設置することで、固体循環量の変化の幅を増加させ、第１の反応器内での固体密度の増加と逆流防止効果を増加させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４１８５５号公報
【特許文献２】特開２００５−４１９５９号公報
【特許文献３】特開２００８−３０３３７７号公報
【特許文献４】特願２００９−１７５２３３号
【特許文献５】特開２００５−２７４０１５号公報
【特許文献６】特開平９−６０８１３号公報
【特許文献７】特開２０００−１９２０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１ないし４等の循環流動層ガス化反応炉においては、系内の流動媒体は、例えば、運転条件の変化や運転トラブルの際に、その循環量を変化させる必要がある。
一方、前述のとおり、流動媒体の循環にＬバルブやＪバルブを用いることは既に公知であるが、特許文献５に記載されているように、ＬバルブやＪバルブは空気の量により制御するものと考えられる。
また、特許文献６に記載された方法では、Lバルブでの粒子停滞量は小さくなるが、その部分のガス供給口にあたるノズルの構造は固定されており、粒子循環量はそのガス量で制御するものと考えられる。さらに、特許文献７の方法では、循環量を制御する具体的な手法は述べられていない。
【０００７】
このように、従来の方法では、ガス量又は空気量により流動粒子の循環量を制御するものであるため、流動媒体の循環量だけでなく、系内のガス量又は空気量が変動してシステム全体に影響を及ぼす結果となる。
本発明は、こうした従来技術における課題を解決し、ガス供給量を変化させることなく、粒子循環量の制御を可能とする循環流動層ガス化反応炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、Lバルブのノズル位置を可変にすることで、ガス供給量を固定した状態で、流動媒体の循環量を増減させることができるという知見を得た。
【０００９】
本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］少なくとも流動層ガス化炉と流動層燃焼炉とを備え、流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉において、
該反応炉を構成する炉と炉の連通路の少なくとも１つにＬバルブを設けるとともに、該Ｌバルブのエアレーション用ノズル位置を可変にして、炉内の粒子循環量を調整可能としたことを特徴とする循環流動層ガス化反応炉。
［２］循環流動層ガス化反応炉の運転条件の変化に応じて前記ノズル位置を自動的に変化させるようにしたことを特徴とする、上記［１］の循環流動層ガス化反応炉。
［３］前記流動層ガス化炉の前段に、アルカリ吸収炉を備えることを特徴とする上記［１］又は［２］の循環流動層ガス化反応炉。
［４］前記流動層ガス化炉の前段に、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構造の熱分解炉を設けるとともに、下段の燃料熱分解炉から取り出される未燃焼チャーを含有する流動媒体と、上段のタール吸収炉から取り出されるタールが吸着した流動媒体とを、それぞれ独立して循環させるようにしたことを特徴とする上記［１］又は［２］の循環流動層ガス化反応炉。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｌバルブのノズル位置を変更することで、ガス供給量を固定した状態で、粒子循環量を増減させることができ、また、ノズル位置を自動的に変化させることにより、定常運転への制御がより簡易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】循環流動層ガス化反応炉を模式的に示す図。
【図２】本発明のノズル可変型Ｌバルブを用いたガス化コールモデル実験装置の模式図。
【図３】図２の実験装置におけるＬバルブのノズル位置を変化させて得られた実験データの一例を示す図。
【図４】循環流動層ガス化反応炉の他の例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
図１は、流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を有する二塔式の循環流動層ガス化反応炉を模式的に示す図である。
また、図２は、流動層ガス化炉と流動層燃焼炉を有する二塔式の循環流動層ガス化反応炉において、流動層ガス化炉の前段に、別の炉を設けた三塔式の循環流動層ガス化反応炉を模式的に示す図である。
【００１３】
以下、図２のような三塔式の反応炉において、三塔が、「アルカリ吸収炉」、「流動層ガス化炉」、及び「流動層燃焼炉」である場合を用いて、循環流動層ガス化システムを説明する。
バイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源、及び石炭等の炭化水素系固体燃料を、硅砂などの流動媒体とともにアルカリ吸収炉に供給するとともに、生成した燃焼ガスの一部を再循環させたＣＯ２ガス、あるいはＮ２やＡｒのような不活性ガス、水蒸気等を導入し、熱分解させる。サイクロンによって生成した熱分解ガスと粒子が分離され、チャーと、硅砂などの流動媒体は、次のガス化炉へ導入される。
また、アルカリ吸収炉の上部には、発生した熱分解ガスを取り出す手段が設けられている。
【００１４】
流動層ガス化炉では、アルカリ吸収炉から導入された未燃チャーは、下部より導入されたガス化剤とのガス化反応によりガス化される。ガス化剤としては、水蒸気、部分酸化燃焼として酸素あるいは空気などが用いられる。
ガス化炉内で生成したガス化ガスは、ガス化炉上部より取り出す一方、残渣チャーと流動媒体は、次の燃焼炉へ導入される。
【００１５】
流動層燃焼炉では、残渣チャーが完全燃焼可能な滞留時間を確保する。該燃焼炉では導入された残渣チャーを、燃焼炉の下部より導入された酸素或いは空気とともに、燃焼させ、サイクロンにより燃焼ガスを取り出す。一方、再加熱された流動媒体は再びアルカリ吸収炉へ戻される。
【００１６】
図２に示す反応炉においては、固体燃料及び流動媒体の流れは、アルカリ吸収炉→連通路→流動層ガス化炉→連通路→流動層燃焼炉→サイクロン（図示せず）→ダウンカマー（図示せず）→アルカリ吸収炉となる。
また、図１に示す反応炉においては、固体燃料及び流動媒体の流れは、流動層ガス化炉→連通路→流動層燃焼炉→サイクロン（図示せず）→ダウンカマー（図示せず）→流動層ガス化炉となる。
【００１７】
本発明においては、以上のような炉を２つ以上有する循環流動層ガス化反応炉において、該反応炉を構成する炉と炉の連通路の少なくとも１つにＬバルブを設けるとともに、該Ｌバルブのエアレーション用ノズル位置を可変にして、炉内の粒子循環量を調整可能としたことを特徴とするものである。
本発明の、ノズル位置を可変としたＬ型バルブは、図２に示す三塔式ガス化反応炉では、流動層ガス化炉及び流動層燃焼炉を連結する連通路に設けられているが、アルカリ吸収炉と流動層ガス化炉を連結する連通路に設けても良いことはいうまでもない。また、図１に示すような二塔式ガス化反応炉の場合は、ガス化炉と燃焼炉の連通路に該Ｌバルブを採用する。
【００１８】
一例として、ある流動層コールドモデル実験装置を利用して、Ｌバルブのノズル位置を変化させた実験を行った。
実験では、図２に示す装置を用い、Ｂ炉とＣ炉の間にＬバルブを設置し、Ｌバルブのガス供給量を含む各部のガス供給量、および炉内の粒子量は全ての条件において一定とした。Ｌバルブは垂直部および水平部ともに同径のものを使用し、ガス供給位置を５点変化させた。図３は、その結果について、Ｌバルブのノズル位置と粒子循環量との関係で示すものである。
該図に示すように、供給位置により粒子循環量は変化する。したがって、ノズル位置を変化させることで、ガス供給量を変えることなく粒子循環量を増減させることができることがわかる。
【００１９】
本実験結果はあくまで一例であって、ＬバルブはＡ／Ｂ炉の間に設置しても良いし、Ａ／Ｂ炉間と、Ｂ／Ｃ炉間の両方に設置しても良い。例えば、燃料などの運転条件が代わり、要求する炉内温度よりも低下し、循環量を増加させる必要があれば、所定位置にそれを移動させれば良い。さらに、Ｌバルブのノズル位置を自動で可動できるようにすれば、より簡易に制御できる。
また、本発明は、図１及び図２に示す装置に限られず、少なくとも二つ以上の炉を有し、炉を連結する連結路を有する循環流動層ガス化反応炉であれば、如何なるものにも適用できる。
【００２０】
図４は、その一例であり、本発明者らが既に提案している（前記特許文献４参照）、循環流動層ガス化反応炉の実施の形態を模式的に示す図である。
該ガス化反応炉は、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構成の燃料熱分解炉を備え、該燃料熱分解炉の下段の後段には、チャーガス化炉及びチャー残渣燃焼炉をこの順に連結させ、前記上段のタール吸収炉の後段には、コークガス化炉及びコーク残渣燃焼炉をこの順に連結させたものである。そして、前記チャーガス化炉及び前記コークガス化炉は、それぞれを下段及び上段に備えた二段型の流動層ガス化炉とされており、チャー残渣燃焼炉及びコーク残渣燃焼炉は、それぞれ独立した流動層燃焼炉で構成されている。
図４に示す循環流動層ガス化反応炉においては、下段の燃料熱分解炉に導入される流動媒体及び固体燃料の流れは、燃料熱分解炉→連通路→チャーガス化炉→連通路→チャー残渣燃焼炉→サイクロン（図示せず）→ダウンカマー（図示せず）→燃料熱分解炉となり、一方、上段のタール吸収炉に導入される流動媒体の流れは、タール吸収炉→連通路→コークガス化炉→連通路→コーク残渣燃焼炉→サイクロン（図示せず）→ダウンカマー（図示せず）→タール吸収炉となる。
【００２１】
該装置によれば、熱分解炉の上下が、燃料熱分解炉とタール吸収炉の二段に分離されているので、多孔質粒子等のタール吸着効率が良好な流動媒体、例えば、多孔質アルミナを、上段のタール吸収炉にのみに供給することにより、その使用量を最小限にすることができるという利点がある。さらに、燃料熱分解炉、チャーガス化炉及び残渣チャー燃焼炉とからなる系と、タール吸収炉、コークガス化炉及び残渣コーク燃焼炉からなる系とで、それぞれ別々に流動媒体を循環させることができるので、多孔質粒子などのタール吸着効率が良好な流動媒体と灰粒子とが混在しないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の循環流動層ガス化反応炉におけるシステムは、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの未利用炭化水素資源の利用に適用する他に、例えば、タール成分の多い液体燃料、さらに、石炭やバイオマスとのハイブリッドガス化（共ガス化）、或いは、固体燃料と液体燃料とのハイブリッドガス化にも適用することができる。
また、循環流動層燃焼炉においても、運転中に循環量を制御する必要がある場合は、燃焼炉と熱交換器の間に本手法を設けても良い。
【図１】
2011105891.tif 000003
【図２】
2011105891.tif 000004
【図３】
2011105891.tif 000005
【図４】
2011105891.tif 000006