(57)【要約】【課題】スタートアップ用の時間及びコストの増加を抑えることができるガス改質システムの起動装置及び方法を提供する。【解決手段】ガス化炉３から放出したガスを加熱する熱交換器１８を含むスタートアップ通路１７と、ガス化炉３で発生した高温スチームＳＴを前記熱交換器１８に熱媒として供給するスチーム供給路８（分岐路１９）と、を備え、ガス化炉３を起動させて高温スチームＳＴを発生させ、この高温スチームＳＴを熱交換器１８に熱媒として供給するとともに、熱交換器１８にガス化炉３から排気されたガスを供給し、このガスを熱交換器１８で加熱してシフトコンバータ５に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成し、このガス化ガスを改質器に供給して改質を行うガス改質システムの起動装置であって、
前記ガス化炉から放出したガスを加熱する熱交換器を含むスタートアップ通路と、
前記ガス化炉で発生した高温スチームを前記熱交換器に熱媒として供給するスチーム供給路と、を備えることを特徴とするガス改質システムの起動装置。
【請求項２】
前記ガス化炉が二塔式のガス化装置に含まれることを特徴とする請求項１に記載のガス改質システムの起動装置。
【請求項３】
燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成し、このガス化ガスを改質器に供給して改質を行うガス改質システムの起動方法であって、
前記ガス化炉を起動させて高温スチームを発生させる工程と、
前記高温スチームを熱交換器に熱媒として供給する工程と、
前記熱交換器に前記ガス化炉から排気されたガスを供給する工程と、
前記熱交換器で加熱したガスを前記改質器に供給する工程と、を有することを特徴とするガス改質システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス改質システムの起動装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の燃料電池システムは、燃料電池スタックに水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給し、水素と酸素との電気化学反応を進行させることにより発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。これは、高効率発電が可能で、かつ発電運転の際に発生する熱エネルギーを簡単に利用することが可能であり、高いエネルギー利用効率を実現することが可能な技術として注目されている。
【０００３】
これまで、水素エネルギー利用技術に利用される水素は、改質器を含む水素生成装置により製造されることが一般的である。水素生成装置は、天然ガスを主成分とする都市ガス、又はＬＰＧ等の化石原料を原料とし、この原料を改質器の触媒により例えば６００〜７００度の温度で水蒸気改質して水素含有ガス（改質ガス）を生成する。
特許文献１には、炭化水素と水蒸気の混合ガスよる一次改質反応を行った後に、さらに二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の加熱源に用いる、という技術が開示されている。
【０００４】
一方、ガスを原料とする場合には、図３に示すガス改質システム１２０のように、シフトコンバータ（改質器）５の上流側に設けた加熱炉１１８に原料の一部を供給することで、ガス化炉３とは独立してスタートアップを行うことが可能となる。なお、図３中符号６はガス化炉３からシフトコンバータ５へガス化ガスＧを供給するガス供給路、符号８はガス化炉３からガス供給路６へ高温スチームＳＴを供給するスチーム供給路、符号１６はスチーム供給路８よりも下流側でガス供給路６を開閉する弁、符号１１７は弁１６を迂回して加熱炉１１８を通過する加熱通路、をそれぞれ示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０５７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図３に示す従来の手法では、改質器のスタートアップ用の加熱炉を設置するコスト、及び設置スペースが大きく、かつ加熱炉自体の暖機に時間が掛かるという問題がある。
また、近年では、未使用とされることが多い低品位炭資源をエネルギー資源とする点で有効な技術として、ガス化炉を用いた石炭のガス化による合成ガス生成が注目されているが、石炭が原料では従来の加熱炉が使用できず、新たにＬＰＧ設備が必要になるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、スタートアップ用の時間及びコストの増加を抑えることができるガス改質システムの起動装置及び方法を提供す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、燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成し、このガス化ガスを改質器に供給して改質を行うガス改質システムの起動装置であって、前記ガス化炉から放出したガスを加熱する熱交換器を含むスタートアップ通路と、前記ガス化炉で発生した高温スチームを前記熱交換器に熱媒として供給するスチーム供給路と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、改質器が所定の反応温度に満たない起動時にも、ガス化炉で発生した高温スチームを利用して改質器への供給ガスを加熱し、この供給ガスによって改質器の加熱を速やかに開始することができる。このため、別途設置した加熱炉専用の燃料を必要としたり、加熱炉自体の加熱に時間を必要とすることがなく、スタートアップ用の時間及びコストの増加を抑えることができる。
【００１０】
本発明は、前記ガス化炉が二塔式のガス化装置に含まれるものであってもよい。
この場合、ガス化炉と燃焼炉との二塔を用いることで、燃料を燃焼処理することによって得られる熱を用いて原料のガス化を行うことが可能となり、燃料のエネルギーを有効利用した高効率のシステムとすることができる。
【００１１】
また、本発明は、燃料をガス化炉でガス化してガス化ガスを生成し、このガス化ガスを改質器に供給して改質を行うガス改質システムの起動方法であって、前記ガス化炉を起動させて高温スチームを発生させる工程と、前記高温スチームを熱交換器に熱媒として供給する工程と、前記熱交換器に前記ガス化炉から排気されたガスを供給する工程と、前記熱交換器で加熱したガスを前記改質器に供給する工程と、を有するものでもある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スタートアップ用の時間及びコストの増加を抑えることができるガス改質システムの起動装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるガス改質システムの構成図である。
【図２】二塔式ガス化装置の構成図である。
【図３】従来のガス改質システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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は、燃料をガス化して高温の石炭ガス化ガスを発生させ、このガス化ガスを改質器に供給して改質を行うガス改質システム２０の概略を示す。
ガス改質システム２０は、燃料である石炭をガス化するガス化炉３と、ガス化炉３から得た高温のガス化ガスＧを改質するシフトコンバータ（改質器）５と、を備える。
【００１５】
シフトコンバータ５には、ガス化炉３で生成したガス化ガスＧを供給するガス供給路６が接続される。ガス供給路６には、ガス化炉３で発生させた高温スチームＳＴをガス化ガスＧとともにシフトコンバータ５へ供給可能とするべくスチーム供給路８が接続される。
ガス供給路６におけるスチーム供給路８よりも下流側には、ガス供給路６を開閉する弁１６が設けられるとともに、この弁１６を迂回するスタートアップ通路１７が設けられる。スタートアップ通路１７には、高温スチームＳＴを熱媒とする熱交換器１８が設けられる。熱交換器１８には、スチーム供給路８から三方弁等を介して分岐した分岐路１９が接続される。
【００１６】
これにより、ガス改質システム２０の起動時には、まず、ガス化炉３を起動させて４００度ほどの高温スチームＳＴを発生させる。次いで、ガス化炉３で発生した高温スチームＳＴを熱交換器１８に熱媒として供給するとともに、ガス化炉３から放出したガスを弁１６を閉じた状態でスタートアップ通路１７に流す。そして、熱交換器１８で加熱したガスをシフトコンバータ５に流し、シフトコンバータ５の触媒を所定の反応温度（３２０度ほど）まで加熱する。シフトコンバータ５の触媒の温度は徐々に増加し、最終的に３５０度ほどになる。
【００１７】
ここで、ガス化炉３を含むガス化装置１０について図３を参照して説明する。
ガス化装置１０は、固形可燃物のガス化に適した二塔式のもので、流動層燃焼炉１、サイクロン２、ガス化炉３及び排ガスクリーニング装置４を備える。
【００１８】
流動層燃焼炉１は、その炉体１１内に流動媒体Ｓを貯留する。炉体１１の側部には投入口１４が形成され、この投入口１４から燃料Ｘ（本実施形態では石炭）が炉体１１内に投入される。炉体１１底部の風箱１２は、炉体１１の内部に空気を供給するもので、空気供給管１３が接続される。
【００１９】
流動層燃焼炉１では、風箱１２から炉体１１内に空気が供給されることで、炉体１１に貯留された流動媒体Ｓを流動化して流動層Ｒを形成する。また、炉体１１内に投入口１４から燃料Ｘが投入されることで、燃料Ｘが流動層Ｒにおいて流動媒体Ｓとともに流動化されながら燃焼（酸化）される。なお、流動層燃焼炉１に投入される燃料Ｘは、石炭に限らず都市ゴミや産業廃棄物、汚泥等でもよい。流動媒体Ｓは砂やセラミックボール等である。
【００２０】
流動層燃焼炉１で燃料Ｘが燃焼されることによって発生した燃焼ガスＹ、及び燃焼ガスＹの上昇流に伴って排出される流動媒体Ｓは、移送管１５を介してサイクロン２に供給される。また、流動層燃焼炉１の燃焼熱で水蒸気が作られ、この水蒸気がガス化炉３及び熱交換器１８に供給される。
サイクロン２は、流動層燃焼炉１からの排出物（燃焼ガスＹ及び流動媒体Ｓ）を、燃焼ガスＹを含む気相成分と流動媒体Ｓを含む固相成分とに遠心分離する。サイクロン２は、分離した固相成分を移送管２１を介してガス化炉３に供給し、分離した気相成分を移送管２２を介して排ガスクリーニング装置４に供給する。
【００２１】
ガス化炉３の上部には、原料供給ライン３１から原料Ｍが投入される投入口３５が形成され、かつガス化ガスＧを排出するための排気管３３が接続される。ガス化炉３の下部には、ガス化炉３と流動層燃焼炉１とを接続するオーバーフロー管３４が接続され、かつ水蒸気供給管３２が接続される。水蒸気供給管３２には水蒸気供給装置７が接続される。
【００２２】
ガス化炉３においては、投入口３５から投入される原料Ｍが、水蒸気供給管３２から供給される水蒸気Ｗで流動化され、移送管２１を介して供給される流動媒体Ｓの熱によって原料Ｍがガス化され、これによってガス化ガスＧとチャーＣとに分解される。
排ガスクリーニング装置４は、サイクロン２から供給される燃焼ガスＹを含む気相成分からダイオキシンや重金属ガス等を除去して排出する。
【００２３】
次に、本実施形態のガス化装置１０の動作を説明する。
まず、流動層燃焼炉１の炉体１１に燃料Ｘが投入されると、この燃料Ｘが炉体１１内に形成された流動層Ｒによって流動化されながら燃焼される。この燃焼によって燃焼ガスＹが生成され、この燃焼ガスＹと燃焼ガスＹの上昇流に乗った流動媒体Ｓとが、流動層燃焼炉１の排出物としてサイクロン２に供給される。
【００２４】
サイクロン２では、流動層燃焼炉１からの排出物が燃焼ガスＹを含む気相成分と流動媒体Ｓを含む固相成分とに分離されて排出される。分離した流動媒体Ｓはガス化炉３に供給され、分離した燃焼ガスＹは排ガスクリーニング装置４に供給される。
【００２５】
サイクロン２によって分離した流動媒体Ｓが供給されるガス化炉３に原料Ｍが供給されると、この原料Ｍが水蒸気Ｗによって流動化されるとともに、流動媒体Ｓの熱によって還元反応（吸熱反応）してガス化される。このように原料Ｍがガス化することによって、ガス化ガスＧ（Ｈ２，ＣＯ，ＣＨ４等）とチャーＣとが生成される。
【００２６】
ガス化ガスＧは排気管３３を介して前記ガス供給路６に供給され、チャーＣ及び流動媒体Ｓは、オーバーフロー管３４を介して流動層燃焼炉１に戻される。なお、ガス化ガスＧ中に含まれる水蒸気Ｗは、凝縮処理によって容易に除去可能である。
【００２７】
このようなガス化装置１０によれば、流動層燃焼炉１において直接的に加熱された流動媒体Ｓがガス化炉３に供給されることによって、流動層燃焼炉１における燃料Ｘの燃焼による熱がガス化炉３に伝熱される。すなわち、ガス化装置１０では、流動層燃焼炉１の燃焼による熱をガス化炉３に伝熱する伝熱媒体として流動媒体Ｓを用いている。
【００２８】
そして、流動層燃焼炉１から排出された流動媒体Ｓは、サイクロン２によって燃焼ガスＹと分離された後にガス化炉３に供給される。すなわち、流動媒体Ｓが燃料Ｘを燃焼することによって発生する不要成分を除外した状態でガス化炉３に供給される。
したがって、ガス化ガスＧの生成を容易化することが可能であり、また、燃料Ｘを燃焼処理することによって得られる熱を用いて原料のガス化を行っているため、燃料Ｘのエネルギーを有効利用することができ、環境に優しいガス化装置とされる。
【００２９】
また、石炭ガス化炉としては比較的低温（８５０度〜９５０度）かつ大気圧下でガス化を行うことができるため、特別な機器は必要なく建造コストが安価で、かつメンテナンス性にも優れる。さらに、燃料（原料）の適用範囲が広く、これまで未利用の低品位炭であった褐炭だけでなく、バイオマスも同時にガス化することが可能であり、ＣＯ２排出量の低減にも寄与する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態におけるガス改質システム２０の起動装置及び方法によれば、ガス化炉３から放出したガスを加熱する熱交換器１８を含むスタートアップ通路１７と、ガス化炉３で発生した高温スチームＳＴを前記熱交換器１８に熱媒として供給するスチーム供給路８（分岐路１９）と、を備え、ガス化炉３を起動させて高温スチームＳＴを発生させ、この高温スチームＳＴを熱交換器１８に熱媒として供給するとともに、熱交換器１８にガス化炉３から排気されたガスを供給し、このガスを熱交換器１８で加熱してシフトコンバータ５に供給することで、シフトコンバータ５が所定の反応温度に満たない起動時にも、ガス化炉３で発生した高温スチームＳＴを利用してシフトコンバータ５への供給ガスを加熱し、この供給ガスによってシフトコンバータ５の加熱を速やかに開始することができる。このため、別途設置した加熱炉専用の燃料を必要としたり、加熱炉自体の加熱に時間を必要とすることがなく、スタートアップ用の時間及びコストの増加を抑えることができる。
【００３１】
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、ガス化炉は、二塔式のガス化装置のものに限らず、かつ石炭を燃料としたガス化装置のものに限らず、高温スチームを発生させるものであれば他のガス化装置に適用されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
３…ガス化炉、５…シフトコンバータ（改質器）、８…スチーム供給路、１０…ガス化装置、１７…スタートアップ通路、１８…熱交換器、２０…ガス改質システム
【図１】
2015040291.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015040291.tif 000005