(57)【要約】【課題】旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造及び酸素供給方法において、炉内に供給したタール未分解ガスに対して火炎による高温領域を効率よく接触させる。【解決手段】炉体２の上端部２ａに設けられ、炉体２内へ軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素ノズル５と、炉体２の側部における一次酸素ノズル５による火炎の先端高さｔと同等の軸方向位置に設けられ、炉体２内へタール未分解ガスＧ１の旋回流Ｒに倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素ノズル６と、を備える。【選択図】図１
2015040292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の炉体の軸方向一端側でその接線方向に沿ってタール未分解ガスを導入し、このタール未分解ガスを炉体の内周面に沿って旋回させながら炉体の軸方向他端側へ螺旋状に流し、その間に前記タール未分解ガスを加熱する旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造であって、
炉体の軸方向一端側の端部に設けられ、炉体内へ軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素ノズルと、
炉体の側部における一次酸素ノズルによる火炎の先端と同等の軸方向位置に設けられ、炉体内へ前記タール未分解ガスの旋回流に倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素ノズルと、を備えることを特徴とする旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造。
【請求項２】
円筒状の炉体の軸方向一端側でその接線方向に沿ってタール未分解ガスを導入し、このタール未分解ガスを炉体の内周面に沿って旋回させながら炉体の軸方向他端側へ螺旋状に流し、その間に前記タール未分解ガスを加熱する旋回流高温炉の酸素供給方法であって、
炉体の軸方向一端側の端部から炉体内へ、軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素供給工程と、
炉体の側部における一次酸素供給工程の酸素供給による火炎の先端と同等の軸方向位置から炉体内へ、前記タール未分解ガスの旋回流に倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素供給工程と、を含むことを特徴とする旋回流高温炉の酸素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造及び酸素供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を原料として、ガス化ガスを生成する燃料ガス化設備の開発が進められている。このような設備においては、ガス化炉で生成されたガス化ガスに含まれるタール等の不純物を除去するために、例えばガス化炉で生成されたガス化ガスを加熱し、このガスに含まれるタールを分解、改質して除去するタール分解炉を備えることがある。
タールの存在はガス化炉の下流配管、機器に対して付着、閉塞を発生させるため、何らかの方法によって低減、除去する必要がある。
【０００３】
一般に、ガス中にタールが含まれている場合、このガスを１０００℃以上で所定時間維持すれば、ガス中に含まれるタールは分解する。この条件を満たすように、炉内の平均温度とガスの滞留時間とを確保するために、上記タール分解炉として、酸素ノズルを複数備えた旋回流高温炉も知られている。
【０００４】
上記旋回流高温炉に類似する技術として、特許文献１には、タールを含有するガス化ガスと酸素とを旋回流式の改質炉に供給し、ガス化ガスを部分燃焼させて改質炉内を改質に必要な目標温度に高めることにより、ガス化ガスの改質を行うものが開示されている。引用文献１では、ガス化ガスと酸素との炉内への供給を工夫しており、炉の上部にガス供給路を二段配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９８９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようなタール分解炉では、炉内の平均温度とガスの滞留時間とを確保することで、どれだけのタールが分解できるかが見積れるものの、タールの分解、改質反応はより高温であるほど反応速度が速いため、炉内では火炎近傍の高温領域で局所的に進行している。従来は、炉内の局所的な温度上昇を防ぎ、平均温度を維持するために、酸素ノズルを複数配置して炉内に火炎を形成していたが、炉内のガス流れに対して火炎による高温領域を効率よく配置するという観点では適切な配置になっているとは言い難かった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造及び酸素供給方法において、炉内に供給したタール未分解ガスに対して火炎による高温領域を効率よく接触させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状の炉体の軸方向一端側でその接線方向に沿ってタール未分解ガスを導入し、このタール未分解ガスを炉体の内周面に沿って旋回させながら炉体の軸方向他端側へ螺旋状に流し、その間に前記タール未分解ガスを加熱する旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造であって、炉体の軸方向一端側の端部に設けられ、炉体内へ軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素ノズルと、炉体の側部における一次酸素ノズルによる火炎の先端と同等の軸方向位置に設けられ、炉体内へ前記タール未分解ガスの旋回流に倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素ノズルと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、炉体内に接線方向で導入されたタール未分解ガスは、炉体内周面に沿って旋回するとともに、一次酸素ノズルの火炎によって軸に対して垂直断面の中央領域から撹拌・混合されて、螺旋流となって炉内を流れる。このタール未分解ガスは、一次酸素ノズルの火炎で加熱された後、炉の放熱によって炉内ガス温度が低下しないうちに、二次酸素ノズルの火炎に直接的に接触してさらに加熱される。螺旋流のうち、一次酸素ノズルの火炎領域に接触しなかった炉内壁面のタール未分解ガスは、炉内ガス温度が低下しないうちに二次酸素ノズルの火炎に接触することによって撹拌・混合されて、タール分解、改質反応が進行する。
これにより、炉内に流入するタール未分解ガスに対して火炎による高温領域が接触する空間及び時間を効率よく確保することが可能となり、タールの分解反応等を促進することができる。
【００１０】
また、本発明は、円筒状の炉体の軸方向一端側でその接線方向に沿ってタール未分解ガスを導入し、このタール未分解ガスを炉体の内周面に沿って旋回させながら炉体の軸方向他端側へ螺旋状に流し、その間に前記タール未分解ガスを加熱する旋回流高温炉の酸素供給方法であって、炉体の軸方向一端側の端部から炉体内へ、軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素供給工程と、炉体の側部における一次酸素供給工程の酸素供給による火炎の先端と同等の軸方向位置から炉体内へ、前記タール未分解ガスの旋回流に倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素供給工程と、を含むものでもある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、旋回流高温炉の酸素ノズル配置構造及び酸素供給方法において、炉内に供給したタール未分解ガスに対して火炎による高温領域を効率よく接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における旋回流高温炉の縦断面図である。
【図２】図２のＩＩ矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示す旋回流高温炉１は、例えば循環流動層ガス化装置で生成されたガス化ガス（タール未分解ガスＧ１）を加熱し、このガス化ガスに含まれるタール等の不純物を分解するタール分解炉として構成される。具体的には、旋回流高温炉１は、ガス化炉から供給されたガス化ガス中に酸素を供給し、ガス化ガスを一部燃焼させて高温状態を作ることで、ガス化ガスに含まれるタール等を分解、改質する。
【００１４】
旋回流高温炉１は、上下に延びる円筒状の炉体２と、炉体２の上部の側面に設けられるガス導入口３と、炉体２の上端部２ａ（頂部）に設けられる複数の一次酸素ノズル５と、炉体２の上下中間部の側面に設けられる複数の二次酸素ノズル６と、炉体２の下部に設けられるテーパ部７と、テーパ部７の下方に設けられる膨張室８と、膨張室８の側面に設けられるガス導出口９と、を有する。
【００１５】
図２を併せて参照し、ガス導入口３は、円筒状の炉体２の外周部２ｂの上部側面から、図２の上面視の接線方向に沿ってタール未分解ガスＧ１を導入可能とする。ガス導入口３から炉内に導入されたタール未分解ガスＧ１は、炉体２における円筒状の内周面に沿って炉体中心軸線ＣＬ回りに旋回する旋回流Ｒとなる。なお、図２では炉体２の上端部２ａの図示を略す。
【００１６】
複数の一次酸素ノズル５は、例えば炉体２と同軸に配置された一つとその周囲に等間隔に配置された四つとの計五つが設けられる。各一次酸素ノズル５は、それぞれ炉体２の軸方向と平行かつ鉛直方向下方に酸素ガス５ｇを噴射する。タール未分解ガスＧ１の旋回流Ｒは上部から下部への螺旋状の流れとなり（図１参照）、かつ酸素ガス５ｇの噴射により火炎による高温領域が形成され、炉体２内を下流に向かって進む。
【００１７】
各一次酸素ノズル５が形成する火炎の炉体軸方向の長さは、乱流拡散火炎の場合、ノズル径の約１００倍と見積もることができるため、酸素噴出流速（同一の径ならば酸素供給量）にはほとんど影響されない。
【００１８】
図１、図３を参照し、複数の二次酸素ノズル６は、例えば炉体２の周方向で等間隔に四つ設けられる。各二次酸素ノズル６は、例えば炉内旋回流の順方向に噴出口を向けて、上面視で炉体２の径方向に対して３０〜６０度ほど傾斜して配置されるとともに、ノズル口が斜め下方を向くように水平方向に対しても傾斜して配置される。
【００１９】
各二次酸素ノズル６は互いに同一高さにあり、その先端（ノズル口）の中心が、炉体２の内周面上で各一次酸素ノズル５の火炎領域の先端高さｔ（下端高さ）と同一の高さにある。これにより、各二次酸素ノズル６が形成する火炎は、各一次酸素ノズル５の火炎によってタール未分解ガスＧ１が最も高温になる位置の近傍に形成されることになる。
【００２０】
各二次酸素ノズル６がタール未分解ガスＧ１の旋回流方向下流側へ酸素ガス６ｇを噴射することで、タール未分解ガスＧ１が加熱されながら旋回流Ｒが円滑かつ強力に加速される。また、各二次酸素ノズル６が斜め下向きに酸素ガス６ｇを噴射することで、炉体２内の上部から下部への螺旋状の流れも促進される。
【００２１】
旋回流高温炉１は、タール未分解ガスＧ１の固相成分と気相成分とを分離するサイクロン式の分離器としても機能する。旋回流高温炉１は、分離した灰分等の不純物を、一部は溶解した状態で内壁面に捕集し、これを膨張室８に流下させて、膨張室８下方に設置したスラグ水槽１１に回収する。
テーパ部７は下側ほど縮径し、灰分などをスラグ化したものを開口部に集めて、膨張室８に流下させる機能を有し、不純物が除去された後のガス化ガスＧ２は、ガス導出口９から炉外に導出されて下流工程に送られる。
【００２２】
本実施形態では、各酸素ノズル５，６の火炎領域（高温領域）に直接タール未分解ガスＧ１が効率よく接触するようなノズル配置とすることで、タール分解反応に有利な構成としている。これにより、炉体２の大きさ（長さ、高さ）を抑えてコストダウンを図るとともに、一次酸素ノズル５の火炎が炉体２の内壁面を焙らないことで耐火材の熱損傷の防止、低減を図ることができる。本実施形態では、例えば７００〜８００℃のタール未分解ガスＧ１を１３００℃ほどの高温に加熱する。
【００２３】
ここで、一次酸素ノズル５の火炎領域の先端位置ｔよりも大幅に下方（下流側）では、炉の放熱によってタール未分解ガスＧ１が温度低下することにより、炉内の平均温度を上昇させるために必要な酸素量が相対的に多くなる。これに対し、タール未分解ガスＧ１が一次酸素ノズル５による火炎で高温になっている軸方向位置に、二次酸素ノズル６による火炎を形成することで、タール分解反応速度が大きい高温領域（火炎領域）を相対的に少ない酸素量で得ることができる。
【００２４】
そして、一次酸素ノズル５の火炎に接触せずに炉体２の内周面に沿って流れるタール未分解ガスＧ１があっても、これを一次酸素ノズル５及び二次酸素ノズル６によって炉体２の所定高さの断面全体を埋めるように形成した高温領域に確実に接触させることができる。これにより、タール未分解ガスＧ１のタール分解反応が促進されてタールを効果的に分解したガス化ガスＧ２を得ることができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態における旋回流高温炉１の酸素ノズル配置構造は、炉体２の上端部２ａに設けられ、炉体２内へ軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素ノズル５と、炉体２の側部における一次酸素ノズル５による火炎の先端高さｔと同等の軸方向位置に設けられ、炉体２内へタール未分解ガスＧ１の旋回流Ｒに倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素ノズル６と、を備えるものであり、本実施形態における旋回流高温炉１の酸素供給方法は、炉体２の上端部２ａから炉体２内へ、軸方向に沿って酸素を供給する一次酸素供給工程と、炉体２の側部における一次酸素供給工程の酸素供給による火炎の先端高さｔと同等の軸方向位置から炉体２内へ、タール未分解ガスＧ１の旋回流Ｒに倣うように傾斜した方向に沿って酸素を供給する二次酸素供給工程と、を含むものである。
【００２６】
この構成によれば、炉体２内に接線方向で導入されたタール未分解ガスＧ１は、炉体内周面に沿って旋回して螺旋流となって炉内を流れる。このタール未分解ガスＧ１は、一次酸素ノズル５の火炎で加熱された後、二次酸素ノズル６の火炎に直接的に接触してさらに加熱される。
これにより、炉内に流入するタール未分解ガスＧ１に対して火炎による高温領域が接触する空間及び時間を効率よく確保することが可能となり、タールの分解反応等を促進することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した手段及び各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、本発明の旋回流高温炉は、タール分解炉に限らず、ガス化炉やガス化溶融炉等であってもよく、タール未分解ガスを炉体の内周面に沿って旋回させながら加熱するものであればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…旋回流高温炉、２…炉体、３…上端部、５…一次酸素ノズル、６…二次酸素ノズル、Ｇ１…タール未分解ガス、Ｒ…旋回流、ｔ…先端高さ（先端）
【図１】
2015040292.tif 000003
【図２】
2015040292.tif 000004
【図３】
2015040292.tif 000005