(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系微粉原料をガス化するガス化炉から排出される生成ガスを、細孔を有するフィルタエレメントでろ過して前記生成ガスに含まれるチャーを捕集し、前記フィルタエレメントを逆洗ガスで逆洗して、捕集された前記チャーを回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法において、
前記ガス化炉のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、前記フィルタ装置に前記チャー及び煤塵の濃度が前記生成ガスに含まれる前記チャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガスを供給し、前記フィルタエレメントに通気される前記再生用ガスの速度を該フィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、前記逆洗ガスで逆洗して前記フィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とするフィルタエレメント再生方法。
【請求項２】
前記再生用ガスとして、前記ガス化炉のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、前記ガス化炉を含むガス化装置の系内をパージするパージガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント再生方法。
【請求項３】
前記再生用ガスとして、起動用燃料による前記ガス化炉の昇温及び昇圧の過程における起動用燃料の燃焼排ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント再生方法。
【請求項４】
前記再生用ガスとして、前記ガス化炉及び前記フィルタ装置を昇温及び昇圧する暖機ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント再生方法。
【請求項５】
前記再生用ガスとして、起動用燃料による前記ガス化炉及び前記フィルタ装置の内部圧力を同じに調整する段階における前記起動用燃料の燃焼排ガス及び前記生成ガスを用いることを特徴とする請求項1に記載のフィルタエレメント再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭などの炭素系微粉原料をガス化するガス化炉を備えたガス化装置に係り、具体的には、生成ガス中に含まれるチャーをろ過して捕集及び回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素系微粉原料の1つである微粉炭をガス化する石炭ガス化装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、広く知られている。これによれば、ガス化炉では、微粉炭及びチャー等の微粉原料の一部を酸化して得られた熱で高温となり、残りの微粉原料をこの高温化で一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ２を主成分とする生成ガスに分解ないし転換する。生成ガスは熱回収ボイラで熱回収された後、生成ガス中のチャーをサイクロンで捕集し、サイクロンで捕集できなかった微細なチャーをチャーフィルタで捕集して、脱塵された生成ガスを使用場所に供給する。これにより、チャーによる後流側機器のトラブルを防止するようにしている。捕集されたチャーは、ホッパに回収され、ホッパからチャー搬送管によりガス化炉へ再度投入するようにしている。また、微粉炭以外に、有機系廃棄物をガス化する技術が、特許文献２に記載されている。
【０００３】
チャーフィルタは、細孔を有する円筒状のフィルタエレメントを備え、円筒状のフィルタエレメントの外面側から内面側に生成ガスを通気させて、生成ガスに含まれるチャーを外面側のろ過面で捕集する。そして、周期的あるいはフィルタ差圧に応じて、フィルタエレメントの内面側から逆洗ガスをパルス的に流して、外面側に捕集されたチャーを払い落すとともに、回収するようになっている。
【０００４】
このようにして、捕集されたチャーは逆洗によりフィルタエレメントから払い落とされるが、捕集及び逆洗を繰り返すうちに、逆洗で払い落とししきれないチャーがパーマネント層を形成してフィルタエレメントに残りフィルタ差圧が徐々に高くなるという問題がある。
【０００５】
このように、逆洗を繰り替えしてもフィルタ差圧が回復しなくなったフィルタエレメントを再生する方法が特許文献３に提案されている。これによれば、常圧下において酸素濃度５〜１５Ｖｏｌ％に調整したガスを、流量を調整しながらチャーフィルタへ供給し、そのガス中でフィルタエレメントを４００〜４５０℃で加熱し、パーマネント層内のチャーを酸化させて除去することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３‐３３６０８０号公報
【特許文献２】特開２００６‐２４１２２９号公報
【特許文献３】特開２００６‐１９２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載されたフィルタエレメントの再生方法は、加熱温度を高くすることにより、チャーの酸化反応（燃焼）を促進できる。しかし、加熱温度を高くすると、フィルタ容器を耐熱鋼で形成しても熱影響によりフィルタ容器が歪む等の問題があり、フィルタ装置の寿命を短くするおそれがある。そのため、加熱温度を制限しているため、チャーが完全に燃えつきるのに長期間（例えば、数日）かかるおそれがある。また、フィルタエレメントを加熱する加熱装置、温度制御装置及び酸素濃度及び流量を調整したガスを生成する装置等の付帯設備が必要になる。
【０００８】
一方、ガス化炉の運転前あるいは運転終了後に、単に、生成ガスの通気を停止した状態で、フィルタエレメントを逆洗してパーマネント層を払い落すことが考えられる。しかし、一般に生成ガスには石炭中の硫黄が含まれることから、この硫黄により生成ガスに晒されているフィルタ容器の内面側の容器壁が少なからず腐食し、腐食物（ＦｅＳ）が生成される。したがって、生成ガスの通気を停止した状態でフィルタエレメントを逆洗すると、容器壁から腐食物が剥がれ落ちて逆洗ガスに同伴してフィルタエレメントの内面側のろ過部に進入して目詰まりさせるおそれがある。フィルタエレメントの内面側のろ過部が目詰まりすると、逆洗による払い落としが阻害されるという問題がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャーを逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメントが収容された容器壁の腐食物によりフィルタエレメントの内面側のろ過部が目詰まりするのを回避できるフィルタエレメント再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のフィルタエレメント再生方法は、炭素系微粉原料をガス化するガス化炉から排出される生成ガスを、細孔を有するフィルタエレメントでろ過して前記生成ガスに含まれるチャーを捕集し、前記フィルタエレメントを逆洗ガスで逆洗して、捕集された前記チャーを回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法において、前記ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、前記フィルタ装置に前記チャー及び煤塵の濃度が前記生成ガスに含まれる前記チャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガスを供給し、前記フィルタエレメントに通気される前記再生用ガスの速度を該フィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、前記逆洗ガスで逆洗して前記フィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタエレメントを逆洗することから、新たなチャーや煤塵の付着がなく、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャー及び煤塵を効率よく払い落すことができる。特に、フィルタ装置にチャー及び煤塵の濃度が低い再生用ガスを供給しながら逆洗することから、その再生用ガスの流れがフィルタエレメントの外面側から内面側に向かうため、フィルタエレメントが収容されたフィルタ容器壁の腐食物が剥離しても、逆洗ガスに同伴することがないので、フィルタエレメントの内面側のろ過部に進入することによる目詰まりを回避できる。したがって、硫黄分を含有する炭素系微粉原料である微粉炭をガス化して、フィルタエレメントを収容するフィルタ容器の内壁が硫黄分で腐食してＦｅＳが生成されても、ＦｅＳがフィルタエレメントの内面側のろ過部を目詰まりさせて、フィルタエレメントの圧力損失が増大することを抑制できる。特に、フィルタエレメントを通気する再生用ガスの速度をフィルタエレメントの定格ろ過速度以下、例えば４５％以下、好ましくは１／３以下に保持することにより、逆洗による払落し効果を高めることができる。
【００１２】
本発明において、再生用ガスとして、ガス化炉を含むガス化装置のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、系内をパージする不活性ガスである窒素ガス等のパージガスを用いることができる。また、再生用ガスとして、起動用燃料による前記ガス化炉の昇温及び昇圧の過程における起動用燃料の燃焼排ガスを用いることができる。また、再生用ガスとして、ガス化炉及びフィルタ装置を昇温及び昇圧する暖機ガスを用いることができる。さらに、再生用ガスとして、ガス化炉及びフィルタ装置の内部圧力を同じに調整する段階における生成ガスを用いることができる。さらにまた、再生用ガスとして、フィルタ装置の内部圧力をガス化装置の系統と同じ圧力に調整する段階に使用する窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。これらの方法によれば、再生用ガスを生成するために、新たに格別な付帯設備を設ける必要がないから、本発明のフィルタエレメント再生方法を実施する装置の構成を簡単化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフィルタエレメント再生方法によれば、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャーを逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメントが収容された容器壁の腐食物がフィルタエレメントの内面側のろ過部に進入するのを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用されるチャーフィルタを備えた一実施形態の石炭ガス化装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のチャーフィルタの一実施形態の構成を示す図である。
【図３】ガス化運転時におけるチャーフィルタ装置の集塵と逆洗時のフィルタ差圧ΔＰの変化の一例を示す図である。
【図４】本発明が適用されるチャーフィルタのチャーの捕集及び逆洗のメカニズムを説明する図である。
【図５】ガス化運転時における逆洗動作と、ガス化運転前後におけるパージガスを用いた低ろ過速度及び煤塵のない条件下の逆洗動作とを対比して説明する図である。
【図６】ガス化炉負荷とエレメントに付着したパーマネント層の除去率との関係を示す図である。
【図７】本発明のフィルタエレメントの再生方法を説明するためのチャーフィルタの主要部の断面構成図を示す図である。
【図８】ガス化炉負荷に対する損失係数Ｋと回復差圧ΔＰとの関係の確認試験のデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、本発明のフィルタ装置を備えた一実施形態の石炭ガス化装置の全体構成を示す。図に示すように、本実施形態の石炭ガス化装置は、微粉炭をガス化するガス化炉１、生成ガスの熱を回収する熱回収ボイラ２、生成ガス中のチャーを捕集するサイクロン３、サイクロン３で捕集されなかった微細なチャーを捕集するフィルタ装置であるチャーフィルタ４を備えて構成されている。
【００１６】
ガス化炉１には、ガス化用バーナ７とチャーバーナ８が必要に応じてそれぞれ複数設置されている。ガス化用バーナ７とチャーバーナ８には、図示していないが、それぞれ微粉炭及びチャー等の微粉原料が、窒素等の不活性ガスにより搬送されるようになっている。また、微粉炭及びチャー等の微粉原料とは別系統で、ガス化用バーナ７とチャーバーナ８に酸化剤が搬送され、これらのバーナから微粉原料及び酸化剤が別々に噴出され、ガス化炉１内で微粉原料と酸化剤が混合される。ガス化炉１は、ガス化用バーナ７とチャーバーナ８に供給される微粉原料の一部の酸化熱による高温下で、微粉原料を一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ２を主成分とする生成ガス９にガス化する。一方、微粉原料の残渣は、ガス化用バーナ７とチャーバーナ８の酸化熱により溶融してガス化炉１の底部の冷却水プール１０に落下し、急冷されて固化して破砕され、水砕スラグ１１として系外に排出されるようになっている。
【００１７】
ガス化炉１で生成された生成ガス９は、熱回収ボイラ２に導かれ、熱媒体である水１３と熱交換して蒸気１４を発生させて熱回収される。熱回収ボイラ２を通過した生成ガス９は、サイクロン３とチャーフィルタ４に導かれ、生成ガス９中のチャー１６が捕集される。チャーフィルタ４を通過した生成ガス９は、脱塵生成ガス１５として使用機器に供給される。
【００１８】
サイクロン３とチャーフィルタ４により捕集されたチャー１６はホッパ５に回収され、ロータリーバルブ６により切り出され、チャー搬送路１７を介してチャーバーナ８に供給される。また、サイクロン３の出口とチャーフィルタ４の出口を連通させて、チャーフィルタ４をバイパスするバイパスライン１８が設けられている。
【００１９】
本実施形態に係るチャーフィルタ４の一実施形態の断面構造を図２に示す。図示のように、チャーフィルタ４は、円筒状のフィルタ容器２０の上部を仕切部材２１で仕切り、仕切部材２１に形成された貫通穴から円筒状の金属製の複数のフィルタエレメント２２が吊り下げて設けられている。フィルタエレメント２２の上端は、仕切部材２１で仕切られたフィルタ容器２０の上部空間２３に開口され、下端は閉じられている。生成ガス９の導入管２４はフィルタ容器２０の下部から導入され、導入管２４の先端は吊り下げられた複数のフィルタエレメント２２の中央部に鉛直に立ち上げられ、仕切部材２１で仕切られたフィルタ容器２０の下部空間２５の上部に開口されている。フィルタ容器２０の上部空間２３には、脱塵生成ガス１５の排出管２６が接続されている。また、フィルタ容器２０の上部空間２３には、逆洗ガス供給バルブ２７を介して逆洗ガス２８を供給する複数の逆洗ガスノズル２９が、各フィルタエレメント２２の上部開口に向けて設けられている。フィルタ容器２０の下部空間２５の底部にチャー排出管３０が設けられている。また、フィルタ容器２０の上部空間２３と下部空間２５の差圧を検出する差圧計３１と、下部空間２５の圧力を計測する圧力計３２が設けられている。
【００２０】
フィルタエレメント２２は、チャーを外表面でろ過するエレメント２２ａと、安全対策用にエレメント２２ａの内面部に取り付けられている粗い目開きのエレメントであるＦＳＦ（Ｆａｉｌ  Ｓａｆｅ  Ｆｕｓｅ）２２ｂで構成されている。フィルタエレメント２２は、円筒の外面側から内面側に生成ガスを通気させて、外面側のろ過面に生成ガス９中のチャー１６及び煤塵等を捕集して生成ガス９中の固形分であるチャー及び煤塵を除去し、生成ガス９中のチャー及び煤塵等を除去した脱塵生成ガス１５を排出管２６から排出するようになっている。
【００２１】
フィルタエレメント２２は、チャーを捕集すると通気抵抗が大きくなり、チャーフィルタ４に設置されている差圧計３１で測定されるフィルタ差圧ΔＰが上昇する。そこで、フィルタ差圧ΔＰが予め決めた設定値に達すると、逆洗ガス供給バルブ２７を瞬時開いて逆洗ガス２８をフィルタエレメント２２の内面側に吹き込み、フィルタエレメント２２の外面側に捕集されたチャー１６を払い落すようにしている。この逆洗操作によってフィルタエレメント２２の洗浄が行われ、フィルタ差圧ΔＰがチャー１６を捕集する前のフィルタ差圧に回復される。
【００２２】
次に、チャーフィルタ４によるチャーの捕集時と逆洗時の差圧変化、及びフィルタエレメント２２でのチャーの捕集の原理について説明する。図３にチャーフィルタ４の集塵時と逆洗時のフィルタ差圧ΔＰの変化例、図４にフィルタエレメント２２による集塵及び逆洗の原理を示す。図４（ａ）に示すように、円筒状のフィルタエレメント２２の外表面で生成ガス９中のチャー１６をろ過すると、フィルタエレメント２２の外表面にチャー１６が捕集されるにつれて、ろ過面積が徐々に減少する。これにより、フィルタエレメント２２の通気抵抗が徐々に大きくなり、フィルタ差圧ΔＰが徐々に上昇する。フィルタエレメント２２の外表面にチャー１６が捕集される状態を図４（ｂ）に示す。この捕集時に、フィルタエレメント２２の外表面から少し入った所に微細なチャー１６が入り込んで、パーマネント層３５が形成される。このようにして、チャー１６の捕集を続けると、フィルタエレメント２２の差圧ΔＰがさらに上昇する。
【００２３】
そこで、フィルタ差圧ΔＰが上昇したときにフィルタエレメント２２の逆洗を行って、差圧を回復させることが行われる。フィルタエレメント２２の逆洗操作方法には、従来から、フィルタ差圧ΔＰが設定値以上に達したときに逆洗する差圧式と、一定時間間隔で逆洗を行なうタイマー式とがあるが、どちらを採用してもよいことは言うまでもない。図３のフィルタ差圧ΔＰの変化例は、タイマー式による逆洗操作の一例である。すなわち、図３に示すように、捕集操作を一定時間行った後に、逆洗操作を瞬間的（パルス的）に行う操作を繰り返す。これにより、図４（ｂ）に示すように捕集されたチャー１６は、逆洗を行うと図４（ｃ）に示すように、フィルタエレメント２２から払い落とされる。しかし、フィルタエレメント２２の外表面にパーマネント層３５が残されてしまう。このように、逆洗操作により付着したチャー１６が払い落とされた後のフィルタ差圧ΔＰを回復差圧という。この回復差圧は、通常はチャー１６捕集前の差圧までほぼ回復する。しかし、チャー１６の捕集と逆洗を繰り返すうちに、逆洗操作で除去しきれないチャー１６がパーマネント層３５を形成して残るため、図３に示すようにフィルタ差圧ΔＰが徐々に高くなる。
【００２４】
パーマネント層３５が形成される理由は次のとおりである。図４（ｂ）に示すように、ガス化運転時のチャー１６が捕集される際、フィルタエレメント２２の内部の細孔に、外表面から数十μmあるいは約百μmの深さまで微細なチャー１６が進入する。そして、フィルタエレメント２２の外表面では、生成ガス９中からろ過されたチャー１６が堆積したチャー堆積層を形成する。フィルタエレメント２２内部のチャー進入部と外表面のチャー堆積層とでパーマネント層３５が形成される。このようにして、パーマネント層３５とフィルタエレメント２２をろ過体として生成ガス９からチャー１６をろ過することになる。したがって、通常のガス化運転時の逆洗操作では、図４（ｃ）に示すように、パーマネント層３５でろ過されて堆積したチャー１６の堆積層を払い落とすことで、フィルタエレメント２２の差圧ΔＰを回復させることになる。しかし、パーマネント層３５が徐々に厚くなること、あるいは生成ガスの動圧でパーマネント層が圧密されて強固になること、あるいは細孔に進入した微細なチャーの目詰まりが強固になることにより、フィルタエレメント２２の差圧ΔＰを回復させることができなくなるという問題がある。
【００２５】
ここで、パーマネント層３５の厚さについて検討する。パーマネント層３５の厚さ、特にフィルタエレメント２２の外表面に形成されたチャー堆積層の厚さは、チャー捕集時の生成ガス９中のチャー１６の濃度と、生成ガス９の流量あるいはろ過速度と、逆洗時の逆洗ガス圧力と、逆洗ガス流量と、逆洗時間及び逆洗間隔とのバランスにより決まると考えられる。いま、逆洗操作の条件が石炭ガス化装置の運転条件などで変わらない、すなわち、フィルタエレメント２２の払い落とし効果が同じとすると、パーマネント層３５の厚さはチャー１６捕集時のチャー濃度及びろ過速度によって決まると考えられる。一般的にろ過速度が数ｃｍ／ｓｅｃ程度の低速度の場合、フィルタ差圧ΔＰは次の（１）式で表される。（１）式から、ろ過速度とフィルタエレメント２２の差圧が比例関係にあり、逆洗操作時にろ過速度を低下させるとフィルタエレメント２２の再生に有効と考えられる。
ΔＰ＝Ｋ・μ・Ｖｆ                    ・・・・・  （１）
ここで、ΔＰ：フィルタエレメント２２の差圧（Ｐａ）
Ｖｆ：ろ過速度（ｍ／ｓ）
μ：ガスの粘性係数（ｋｇ・ｓ・ｍ２,×１０６）
Ｋ：損失係数（ｍ‐１,×１０１０）
【００２６】
図５（ａ）にガス化運転時の逆洗操作、同図（ｂ）に低ろ過速度（低流量）でチャー１６等の煤塵が無い条件での逆洗操作による払い落としのメカニズムを示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）の操作の際は、逆洗ガス圧力、逆洗間隔及び逆洗時間などの逆洗条件は変わらないものとする。図５（ａ）ではガス化運転の定格負荷を想定した条件で、ろ過速度が速くチャー濃度が高い場合であり、生成ガス９からろ過されてパーマネント層３５に堆積したチャー１６が逆洗操作で払い落とされる様子である。同図（ｂ）は、石炭ガス化装置の暖機運転時を想定した条件で、ガス化運転時よりガス流量が少なく、ろ過速度が低く、チャー１６がガス中に存在しないため逆洗操作による払い落としの効果が高く、パーマネント層３５に堆積したチャー１６の他、フィルタエレメント２２の外表面に形成されたパーマネント層３５の一部が剥がれ落ちる様子である。同図（ｂ）のように、低流量でチャー１６などの煤塵が無い条件で逆洗操作をすると、フィルタエレメント２２の外表面に形成されたパーマネント層３５の一部が払い落とされ、パーマネント層３５の厚さが薄くなって、フィルタエレメント２２の通気抵抗が小さくなり、チャーフィルタ４の差圧が回復する。
【００２７】
（１）式に示したフィルタ差圧ΔＰは、（２）式に示すようにフィルタエレメント２２の差圧ΔＰｅとパーマネント層３５の差圧ΔＰｐの足し合わせたものとして一般的に表される。フィルタエレメント２２の外表面に形成されたパーマネント層３５はチャー１６の粒子が付着して形成された層と仮定され、パーマネント層３５の差圧を粒子充填層の流体抵抗と考えるとコゼニーカルマンの式から推算できる。
ΔＰ＝ΔＰｅ  ＋  ΔＰｐ            ・・・・・  （２）
【００２８】
これらの知見に基づき、図６の下部に、ガス化炉負荷とフィルタエレメント２２の外表面に形成されたパーマネント層３５の除去率との関係をグラフで示す。同図は、各ガス化炉負荷での生成ガス量及びチャー濃度等からパーマネント層３５の差圧ΔＰｐを推算し、ガス化炉負荷定格（１００％）での差圧ΔＰｐを基準にパーマネント層３５の除去率を求めた。なお、ガス化炉負荷１００％の時のパーマネント層３５の除去率を０％とし、生成ガス９がなくチャー１６も存在しないガス化炉負荷０％でのパーマネント層３５の除去率を１００％としている。図６の上部は、ガス化炉負荷に応じたパーマネント層３５及びチャー１６が除去される様子を示している。また、図５において説明したが、逆洗操作の逆洗ガス圧力、逆洗間隔及び逆洗時間は本計算においても一定とした。
【００２９】
生成ガス９中のチャー１６がフィルタエレメント２２の外表面でろ過されて付着する。次いで、逆洗操作が行なわれると、付着したチャー１６はフィルタエレメント２２から払い落とされる。したがって、パーマネント層３５の厚さは、生成ガス９中のチャー１６の濃度と逆洗操作による払い落とし効果とのバランスで決まると考えられる。ここで、ガス化炉負荷を低くすると、生成ガス９中のチャー１６の濃度が低くなる。つまり、フィルタエレメント２２に付着するチャー１６の量が少なくなる。さらに、生成ガス９の流量あるいは流速も少なくなるため、フィルタエレメント２２に付着したチャー１６を押え付ける生成ガスの動圧も小さくなる。このようなガス化炉の定格負荷以下の運転条件下、つまりチャー１６の濃度及び生成ガス９のガス流量あるいは流速が低くなった条件下で、通常の逆洗操作を実施すると、定格条件と同じ払い落とし効果があるので、チャーの払い落としを、より効果的にできることになる。したがって、フィルタエレメント２２に付着したパーマネント層３５の一部までも払い落としでき、チャーフィルタ４の再生が可能となる。
【００３０】
すなわち、図６のグラフに示した通り、定格負荷以下の低チャー濃度及び低ろ過速度の条件で逆洗操作を行なうと、ガス化炉負荷が低くなるほどパーマネント層３５の除去率が高くなる傾向となる。ガス化炉負荷が４５％以下ではパーマネント層３５の除去率が８０％以上となり，比較的安定した払い落とし効果が期待できる。そこで，定格負荷以下の条件で逆洗操作によるチャーフィルタ４の再生を十分行なう場合には、ガス化炉負荷が４５％以下のガス流量あるいはガス流速、すなわち、ろ過速度を定格負荷の４５％以下とすることが望ましいと考えられる。
【００３１】
また、チャーフィルタ４へ生成ガス等を通気しながら逆洗操作を行なうことで、生成ガス９中の硫黄と容器２０との腐食物が逆洗ガスに同伴することなく、フィルタエレメント２２のエレメント２２ａあるいはＦＳＦ２２ｂへの進入を防ぐことができる。
【００３２】
これらの知見から、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメント２２の付着チャーであるパーマネント層３５を逆洗により効果的に払い落す条件は、次の条件Ｉ、ＩＩを満たすことが重要である。
（Ｉ）起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタエレメント２２に煤塵濃度が低い生成ガス等の再生用ガスを通気しながら逆洗を実施すること
（ＩＩ）フィルタエレメント２２を通気する再生用ガスのガス速度を、フィルタエレメント２２の定格ろ過速度以下に保持して、すなわち通流する再生用ガスのガス流量が少ない条件で逆洗を実施すること
フィルタエレメント２２の再生時に通気する煤塵濃度が低い再生用ガスとしては、煤塵濃度が低い生成ガスの他、不活性ガスである窒素ガス等のパージガス、石炭ガス化装置の起動時の昇温及び昇圧に用いる起動燃料等の燃焼排ガス（暖機ガス）等が適用できる。
【００３３】
以上説明した知見に鑑み、本発明のフィルタエレメント２２の再生方法を図１に示した石炭ガス化装置のチャーフィルタ４に適用した具体的な実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２の再生方法の実施例１を、図７に示したチャーフィルタ４の主要部の断面構成図に基づいて説明する。便宜のため、図７の左側にチャー捕集操作時の状態を示し、右側に逆洗操作時の状態を示している。ガス化運転前の準備段階において、ガス化炉１、熱回収ボイラ２及びチャーフィルタ４などからなる石炭ガス化装置の系統内に、余分な酸素あるいは空気が残留しないように、石炭ガス化装置の内部にパージガスを供給してパージを行なう。一般に、パージガスは煤塵を含まないガスであり、不活性ガスである窒素ガスが使用されることが多い。
【００３５】
ここで、フィルタエレメント２２の再生を行うときは、再生用ガス３７としてパージガスの流量をガス化炉１の生成ガス９の定格流量以下とする。本実施例では、チャーフィルタ４のフィルタエレメント２２のろ過速度が定格ろ過速度以下、好ましくは４５％以下になるようパージガス流量を調整する。このように、生成ガス９の定格流量以下の低ガス流量とすることにより、ガス化運転時にフィルタエレメント２２の細孔に侵入した微細なチャー１６がパージガスの動圧で押し付けられることがないことから、パーマネント層３５等のチャー堆積層が強固にならないので、パーマネント層３５の目詰まりの助長を防止できる。
【００３６】
また、ガス化運転時の生成ガス９中に含まれる硫黄によってフィルタ容器２０の上部空間２３の内面が腐食していたとしても、剥がれた腐食物３６はパージガスに同伴して脱塵生成ガス１５の排出管２６から排出される。その結果、逆洗操作を実施しても逆洗ガス２８に同伴してフィルタエレメント２２のＦＳＦ２２ｂへ腐食物が進入することがない。
【００３７】
また、パージガスとして窒素ガスを用いたことから、図５で説明したように、フィルタエレメント２２でろ過されるガス中にチャーや煤塵が無く、しかもガス化炉１の定格負荷以下、好ましくはフィルタエレメント２２の定格ろ過速度の４５％以下のろ過速度となる少ないパージガス流量の下で、ガス化運転時と同等の逆洗操作を行なう。その結果、本実施例によれば、新たにチャーや煤塵が付着することがなく、フィルタエレメント２２の清浄面である内面を汚すことなく、フィルタエレメント２２に付着したチャー１６及びパーマネント層３５の一部を払い落とすことができる。これにより、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメント２２に付着したチャー１６及びパーマネント層３５を逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメント２２が収容されたフィルタ容器２０の腐食物によりフィルタエレメント２２の内面側のろ過部が目詰まりするのを回避できる。
【００３８】
以上の説明では、石炭ガス化装置のパージ操作をガス化運転前に行う場合を例に説明したが、パージ操作はガス化運転後にも行なう。つまり、石炭をガス化した生成ガス９には、毒性ガスである一酸化炭素ガス及び可燃性ガスの水素ガスが含まれていることから、石炭ガス化装置の系内にそれらのガスが残留しないように、主に窒素ガスによりパージが行なわれる。このガス化運転後のパージのときも、ガス化運転前の場合と同様に、ガス化炉１の定格負荷時における生成ガス９の流量以下のパージガス流量、好ましくはチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２の定格ろ過速度の４５％以下となるろ過速度にパージガス流量を調整して逆洗操作をする。これにより、フィルタエレメント２２の清浄側である内面を汚すことがなく、フィルタエレメントの再生が可能となる。
【実施例２】
【００３９】
図１に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２の再生方法の実施例２を、実施例１と同様、図７に示したチャーフィルタ４の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例１では、ガス化運転前の準備段階において窒素ガスによる石炭ガス化装置のパージにおいて、フィルタエレメント２２の再生を行う方法を説明した。通常のガス化運転の開始においては、石炭ガス化装置のパージ後に、起動用燃料の燃焼排ガスによる石炭ガス化装置の昇温及び昇圧が行われる。本実施例２は、その石炭ガス化装置の昇温及び昇圧の過程で、燃焼排ガスを再生用ガス３７として用いて、フィルタエレメント２２の再生を行うことを特徴とする。なお、本実施例２によるフィルタエレメント２２の再生は、実施例１に引き続き継続して行ってもよく、あるいは実施例１のフィルタエレメント２２の再生に代えて単独で行ってもよい。
【００４０】
石炭ガス化装置の起動時には、起動用燃料として軽油等の液体燃料が主に用いられ、その燃焼排ガスにより石炭ガス化装置を昇温するとともに、昇圧することが行われる。起動時の燃焼排ガスには微量の煤塵が存在するが、定常時の石炭ガス化運転時に比べて煤塵及びチャーの濃度は微量であり、殆ど煤塵が無い状態に近いことから、上記した条件（Ｉ）を満たすことができる。そこで、本実施例２では、石炭ガス化装置の起動時に昇温及び昇圧に用いる燃焼排ガスの流量を、上記した条件（ＩＩ）を満たすように調整しながら、フィルタエレメント２２の逆洗を行って再生する。すなわち、石炭ガス化装置の生成ガス９の定格流量以下、好ましくはフィルタエレメント２２の定格ろ過速度の４５％以下のろ過速度になるように、起動時の燃焼排ガスの流量を調整する。ここで、起動用燃料の燃焼排ガス流量は石炭ガス化装置の生成ガス９の定格流量の略１／３（ガス化炉負荷の約３０％）の流量であるから、本実施例にとって好適なガス流量となりうる。
【００４１】
このように本実施例２によれば、起動用燃料の燃焼排ガスにより石炭ガス化装置を昇温及び昇圧中に、チャーフィルタエレメント２２の逆洗操作を繰り返し行なうことにより、チャーフィルタエレメント２２に新たな煤塵が付着することなく、ガス化運転時に付着したチャー１６及びパーマネント層３５の一部を払い落とすことができる。しかも、フィルタエレメント２２に低流速で通気しながら逆洗しているので、フィルタ容器２０の内面の腐食物３６がフィルタエレメント２２の内面に進入するのを防止できるから、フィルタエレメント２２の内面を汚すことなくフィルタエレメント２２の再生を効率よく行なうことができる。
【実施例３】
【００４２】
図１に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２の再生方法の実施例３を、実施例１と同様、図７に示したチャーフィルタ４の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例２では、起動用燃料の燃焼排ガスで石炭ガス化装置の全体を昇温及び昇圧する際に、フィルタエレメント２２を再生する場合を示した。ところが、石炭ガス化装置の昇温及び昇圧の操作においては、ガス化炉１、熱回収ボイラ２及びサイクロン３の系統からチャーフィルタ４を分離して昇温及び昇圧することがある。すなわち、図１のバイパスライン１８によりチャーフィルタ４をバイパスして、石炭ガス化炉を昇温及び昇圧することがある。つまり、図１には示していないが、チャーフィルタ４に設けられた生成ガスの出入口弁を閉にして、バイパスライン１８に設置されている弁を開にし、チャーフィルタ４をバイパスした状態で、ガス化炉１からの起動用燃料の燃焼排ガスによりチャーフィルタ４以外の石炭ガス化装置の昇温及び昇圧を行なう。
【００４３】
一方、チャーフィルタ４の昇温及び昇圧には窒素ガス等のガスが用いられる。例えば、窒素ガスを蒸気等を熱源とした熱交換器で間接加熱して所定の温度まで暖めた後、図１に示していないが、暖機用ラインの出入口弁を調整して、チャーフィルタ４に通気して昇温及び昇圧を行なう。本実施例では、チャーフィルタ４の昇温及び昇圧時の窒素ガスを再生用ガス３７として用い、窒素ガスの流量をチャーフィルタ４の定格負荷におけるろ過速度以下となるよう調整する。好ましくは、定格負荷のろ過速度の４５％以下となるよう窒素ガスの流量を設定する。これにより、上記条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たすことから、チャーフィルタエレメント２２に新たな煤塵が付着することなく、ガス化運転時に付着したチャー１６及びパーマネント層３５の一部を払い落とすことができる。しかも、フィルタエレメント２２に低流速で通気しながら逆洗しているので、フィルタ容器２０の内面の腐食物３６がフィルタエレメント２２の内面に進入するのを防止できるから、フィルタエレメント２２の内面を汚すことなくフィルタエレメント２２の再生を効率よく行なうことができる。
【実施例４】
【００４４】
図１に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２の再生方法の実施例４を、実施例１と同様、図７に示したチャーフィルタ４の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例２では石炭ガス化装置の全体を昇温及び昇圧する際、あるいは実施例３では他装置と切り離してチャーフィルタ４の昇温及び昇圧する際に、フィルタエレメント２２を再生する方法を示した。実施例３において、チャーフィルタ４の昇温及び昇圧を完了した後、チャーフィルタ４の生成ガスの出入口弁を徐々に開とし、パイパス弁を徐々に閉にする操作が行われる。この時、チャーフィルタ４の最大ろ過速度を超えないよう暖機用の燃焼排ガスのガス量を調整しながら、ゆっくりとガス化炉１とチャーフィルタ４の圧力を等しくする均圧操作が行われる。
【００４５】
本実施例４では、均圧操作時における暖機用の燃焼排ガスを再生用ガス３７として用い、燃焼排ガスのガス流量を、石炭ガス化装置の定格負荷時の生成ガス流量以下、好ましくはチャーフィルタ４のフィルタエレメント２２のろ過速度が定格負荷時のろ過速度の４５％以下となるように調整する。そして、逆洗ガス供給バルブ２５を瞬時開いてフィルタエレメント２２の逆洗操作を実施する。本実施例４によれば、均圧操作に用いる燃焼排ガスには煤塵が含まれていないうえ、ろ過速度を定格負荷時の４５％以下としているから、上記条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たしてフィルタエレメント２２を逆洗できる。したがって、均圧操作時にフィルタエレメント２２の逆洗操作を繰り返し行なうことにより、ガス化運転時に付着したチャー１６の他にパーマネント層３５の一部を払い落とすことができ、フィルタエレメント２２を再生することができる。また、昇温及び昇圧用の燃焼排ガスがフィルタエレメント２２に通気されているから、ガス化運転中にフィルタ容器２０の上部空間２３の内面に生成した腐食物３６が剥がれ落ちても、フィルタエレメント２２の内面に逆流するのを防ぐことができる。これにより、フィルタエレメント２２の内面を汚すことなく、フィルタエレメント２２の再生を効率よく行なうことができる。なお、本実施例４によるフィルタエレメント２２の再生は、ガス化炉１で石炭を低負荷でガス化した生成ガスを再生ガスとして用いてもよい。
【００４６】
図８に、フィルタエレメント２２の損失係数Ｋ及び回復差圧ΔＰに対するろ過速度に相関するガス化炉負荷（定格負荷に対する百分率）の影響を試験した結果を示す。本試験は、発明者らが研究室規模の逆洗試験装置で実際にフィルタエレメント２２を用いて、本発明のフィルタエレメント２２の再生方法を実施した確認試験の結果である。
【００４７】
まず、ガス化運転を模擬するため煤塵を供給しながら定格負荷相当のガス流量で、フィルタエレメント２２により煤塵の捕集と逆洗操作を繰り返し行なった。フィルタエレメント２２の回復差圧ΔＰが安定した後、煤塵の供給を停止してガス流量をガス化炉負荷６０％相当に低減した。この時、回復差圧ΔＰはろ過速度に応じて約６割に低下したが、損失係数Ｋは殆ど低下していない。これはフィルタエレメント２２の再生が行なわれていない状態であることが推察できる。さらに、ガス流量をガス化炉負荷２０％相当に低減すると損失係数Ｋが急激に低下した。このことから、ガス流量をガス化炉負荷２０％相当に低減するとフィルタエレメント２２の再生が行なわれ、パーマネント層３５の一部乃至全部が払い落される効果を確認できた。
【００４８】
以上説明したように、本発明は、炭素系微粉原料をガス化するガス化炉から排出される生成ガスを、細孔を有するフィルタエレメントでろ過して生成ガスに含まれるチャーを捕集し、フィルタエレメントを逆洗ガスで逆洗して捕集されたチャーを回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法において、ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタ装置にチャー及び煤塵の濃度が生成ガスに含まれるチャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガス３７を供給し、フィルタエレメントに通気される再生用ガス３７の速度をフィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、逆洗ガスで逆洗してフィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とする。
すなわち、ガス化装置の起動時あるいは停止時のガス化装置の系内のパージ時、ガス化装置の起動時における起動燃料の燃焼排ガスによる昇温及び昇圧時、ガス化炉とチャーフィルタを個別に昇温及び昇圧した場合のチャーフィルタ暖機時、及びチャーフィルタ昇温及び昇圧後の圧力調整時に、フィルタエレメントの逆洗操作を繰り返し実施する。これにより、フィルタエレメントをフィルタ容器から取り外すことなく、さらにガス化運転中に生成した腐食物の逆流を防止してフィルタエレメントの清浄側である内面を汚すことなく、ガス化炉の起動中あるいは停止中に短時間で効率よくフィルタエレメントの再生ができる。また、加熱して再生する場合に比べて、加熱装置等の再生設備を別途備えることなくフィルタエレメントの再生が可能である。その結果、フィルタ容器への熱による歪の発生がないからチャーフィルタの長寿命化が図れる。
【００４９】
以上述べたように、本発明によれば、ガス化運転毎に発生するフィルタ差圧の上昇を防止することができ、ガス化装置の安定運転及び信頼性向上を図ることができる。さらに、フィルタエレメント再生のための停止期間を短縮することができ、ガス化プラントを経済的に運用することが可能になる。
特に、チャーフィルタは石炭ガス化プラントの連続・安定運転を決定付ける重要な位置付けにあり、チャーフィルタの回復差圧が上昇するとガス化装置の運転中止を余儀なくされる。したがって、本発明のフィルタエレメントの再生方法を適用することにより、逆洗操作による再生処理のために、フィルタエレメントをフィルタ容器から取り外すことなく容易に再生ができるという効果がある。
【符号の説明】
【００５０】
１  ガス化炉
２  熱回収ボイラ
３  サイクロン
４  チャーフィルタ
７  ガス化用バーナ
８  チャーバーナ
９  生成ガス
１５  脱塵生成ガス
１６  チャー
１８  バイパスライン
２０  フィルタ容器
２１  仕切部材
２２  フィルタエレメント
２３  上部空間
２７  逆洗ガス供給バルブ
２８  逆洗ガス
３６  腐食物
３７  再生用ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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