(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰を含むガス化ガス中のタール分を酸化改質する改質炉であって、
中心軸が鉛直方向にある筒形状の本体と、
前記本体側面の内外を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔を閉塞可能な閉塞体と、
前記貫通孔の庇として機能すべく、前記本体の内面に設けられ、前記貫通孔の鉛直方向の上方に位置し、当該内面より本体の中心軸側に突出形成された突起部と、
を備えたことを特徴とする改質炉。
【請求項２】
前記突起部は、鉛直下方に向かうに従って本体中心側に突出する傾斜面を有し、その頂部が、前記貫通孔の上端から鉛直上方に向かうにしたがって本体中心側に離隔する、鉛直との成す角が０．５７°の仮想傾斜面よりもさらに本体中心側に位置することを特徴とする請求項１に記載の改質炉。
【請求項３】
前記突起部の頂部に対して前記傾斜面と反対側にある面は、前記内面から本体中心側に立設して成ることを特徴とする請求項２に記載の改質炉。
【請求項４】
前記突起部の本体に沿った水平方向の幅は、前記貫通孔の幅より長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の改質炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化原料をガス化させることで生成されたガス化ガスを改質する改質炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ: Integrated coal Gasification Combined Cycle）といった効率的な発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。ガス化ガスの原料となる固体原料のうち、特に石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。
【０００３】
従来、石炭のガス化プロセスは、酸素や空気を用いて部分酸化することにより行われていたが、１８００℃程度の高温、３ＭＰa程度の高圧となるため、特別な耐熱、耐圧材料を要し、ガス化炉のコストが高くなるといった欠点を有していた。この問題を解決するために、水蒸気を利用し、７００℃〜９００℃程度の低温かつ常圧で石炭をガス化する技術が開発されている。この技術には、温度および圧力を低く設定することで、耐圧構造が不要な点や従来からの市販品が利用可能になるといったメリットがある。しかし、生成されたガス化ガスには、１８００℃程度の高温で部分酸化されたガス化ガスと比較して、タール分が多く含まれている。そこで、生成されたガス化ガスに酸素や空気を加えて１０００℃以上にし、酸化改質することで、ガス化ガスに含まれるタール分を除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
このような酸化改質を行う改質炉では、炉内のメンテナンスのため、人が出入りできる程度の貫通孔が外壁に設けられている。改質炉からの放熱を低減するために、炉内全体には耐火材が施工されており、貫通孔には耐火煉瓦で構成された抜き差し可能な閉塞体が嵌合される。かかる閉塞体と貫通孔との間には、閉塞体を改質炉から抜き差しするための隙間があるので、その隙間に改質炉内で発生した溶融スラグが入り込んでいた。すると、溶融スラグによって閉塞体と貫通孔とが粘着し、メンテナンス時に閉塞体を改質炉から引き抜くことができず、内部点検に支障を来すこととなっていた。また、このような閉塞体をホイスト等により強制的に引き抜くと、閉塞体の耐火煉瓦や改質炉の耐火材が損傷してしまうおそれがあった。さらに、改質炉の大きさによっては閉塞体が１０〜１５ｋｇとなり、強制的に引き抜く際の作業員の安全性に懸念があった。
【０００５】
そこで、ガス反応部炉壁の一部を冷却水で冷却することで、溶融灰を固化して除去し、溶融灰の付着を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。また、ガス反応部炉壁の一部を冷却水で冷却して溶融スラグを固化し、固化したスラグに槌打装置で衝撃を与えて除去する技術も知られている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４０８６２号公報
【特許文献２】特開２００７−４５８５７号公報
【特許文献３】特開平６−２２８５７８号公報
【特許文献４】特開平８−９４２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献３や特許文献４の技術を用いると、閉塞体と貫通孔との隙間に侵入した溶融スラグを除去できないばかりか積極的に固化させてしまい、閉塞体をより引き抜きにくくする結果を招いてしまう。また、特許文献４の技術では、さらに、槌打装置で衝撃を与えることで、閉塞体の耐火煉瓦に損傷を与えるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、閉塞体と貫通孔との隙間への溶融スラグの侵入自体を防止し、閉塞体の抜き差しを容易にすることが可能な、改質炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本体内でガスを改質する本発明の改質炉は、灰を含むガス化ガス中のタール分を酸化改質する改質炉であって、中心軸が鉛直方向にある筒形状の本体と、本体側面の内外を貫通する貫通孔と、貫通孔を閉塞可能な閉塞体と、貫通孔の庇として機能すべく、本体の内面に設けられ、貫通孔の鉛直方向の上方に位置し、当該内面より本体の中心軸側に突出形成された突起部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
突起部は、鉛直下方に向かうに従って本体中心側に突出する傾斜面を有し、その頂部が、貫通孔の上端から鉛直上方に向かうにしたがって本体中心側に離隔する、鉛直との成す角が０．５７°の仮想傾斜面よりもさらに本体中心側に位置してもよい。
【００１１】
突起部の頂部に対して傾斜面と反対側にある面は、内面から本体中心側に立設して成るとしてもよい。
【００１２】
突起部の本体に沿った水平方向の幅は、貫通孔の幅より長くてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶融スラグの流動経路に庇を設けて閉塞体と貫通孔との隙間への溶融スラグの侵入自体を防止し、閉塞体の抜き差しを容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガス化ガス精製システムを説明するための説明図である。
【図２】改質炉の外観を模式的に示した斜視図である。
【図３】突起部を説明するための説明図である。
【図４】突起部の横断面形状を説明するための横断面図である。
【図５】突起部の他の例を示した横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
改質炉は、ガス化原料をガス化させることで生成されたガス化ガスを改質する目的で形成された炉である。本実施形態では、かかる改質炉のメンテナンス時に利用される、改質炉の内外を案内する貫通孔と、その貫通孔を閉塞する閉塞体について説明する。ここでは、改質炉の目的を把握すべく、ガス化ガスを生成する全体的な構成をガス化ガス精製システム１００に基づいて説明し、その後、改質炉の具体的な構成を詳述する。
【００１７】
（ガス化ガス精製システム１００）
図１は、本実施形態にかかるガス化ガス精製システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化ガス精製システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、改質炉１２０と、熱交換器１３０と、精製ガス化ガス抽出装置１４０と、排水処理器１５０とを含んで構成される。図１中、原料の流れを破線の矢印で、ガスの流れを実線の矢印で、砂や水の流れを一点鎖線の矢印でそれぞれ示す。
【００１８】
（ガス化ガス生成装置１１０）
ガス化ガス生成装置１１０として、本実施形態では、二塔式の流動層ガス化炉を挙げて説明する。二塔式流動層ガス化炉によるガス化ガス生成装置１１０は、ガス化炉２１０と、燃焼炉２１２と、媒体分離装置２１４とを含んで構成される。ここでは、ガス化ガス生成装置１１０として、流動化させた砂を循環させる流動層ガス化炉を例に挙げて説明するが、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式のガス化炉を用いることもできる。
【００１９】
ガス化ガス生成装置１１０では、全体として、硅砂（珪砂）等の砂で構成される流動媒体を熱媒体として循環させている。流動媒体としての砂の流れに着目すると、まず、燃焼炉２１２で１０００℃程度に加熱された高温の砂が、燃焼排ガスと共に媒体分離装置２１４に導入され、媒体分離装置２１４において高温の砂と、燃焼排ガスに分離される。媒体分離装置２１４で分離された燃焼排ガスは、不図示のボイラ等で熱回収される。また、媒体分離装置２１４で分離された高温の砂は、ガス化炉２１０に導入され、ガス化炉２１０において、ガス化炉２１０の下方から導入される水蒸気、窒素、空気、酸素、二酸化炭素等のガス化剤によって流動層を形成する。
【００２０】
ガス化炉２１０では、流動層に、褐炭等の石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等のガス化原料が供給され、ガス化原料が、水蒸気と砂の熱により、雰囲気温度７００℃〜９００℃でガス化されてガス化ガスが生成される。そして、砂は最終的に燃焼炉２１２に戻り、循環流動層を形成する。
【００２１】
仮にガス化原料が石炭である場合、生成されるガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを主成分とし、灰、タール、窒素や窒素化合物、硫黄や硫黄化合物を少量含んでいる。
【００２２】
（改質炉１２０）
改質炉（酸化改質炉）１２０は、ガス化炉２１０で生成されたガス化ガスに酸素や空気を加え、ガス化ガスに含まれるタール分を９００℃〜１５００℃で改質（酸化改質）する。こうして、タールのほとんどが改質炉１２０で除去される。また、タール分と共にガス化ガスに含まれる灰は、改質炉１２０の熱により溶融スラグとなる。改質炉１２０の構造については後ほど詳述する。
【００２３】
（熱交換器１３０）
熱交換器１３０は、ガス化ガス生成装置１１０から導入されたガス化ガスと水蒸気との熱交換を行い、ガス化ガスの顕熱を水蒸気で回収すると共に、ガス化ガスの出口温度を３００℃〜６００℃にする。
【００２４】
（精製ガス化ガス抽出装置１４０）
精製ガス化ガス抽出装置１４０は、第１冷却器２２０と、第２冷却器２２２と、昇圧器２２４と、脱硫器２３０と、脱アンモニア器２３２と、脱塩器２３４とを含んで構成される。第１冷却器２２０は、水をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスをさらに冷却する。これにより、ガス化ガスに残存するタール分や粉塵が凝縮し、ガス化ガスから除去される。第２冷却器２２２は、海水、ブライン等を用いて、ガス化ガスを３０℃以下にさらに冷却し、残存するタール、ミストや粉塵を凝縮して除去する。昇圧器２２４は、ターボ型や容積型の圧縮機やポンプで構成され、第２冷却器２２２を通過したガス化ガスを１ＭＰａ〜５ＭＰａに昇圧する。脱硫器２３０は、ガス化ガスに含まれる硫黄や硫黄化合物を除去する。脱アンモニア器２３２は、ガス化ガスに含まれるアンモニア等の窒素化合物を除去する。脱塩器２３４は、ガス化ガスに含まれる塩素や塩素化合物を除去する。
【００２５】
（排水処理器１５０）
排水処理器１５０は、熱交換器１３０、第１冷却器２２０、第２冷却器２２２、昇圧器２２４で回収されたタールや粉塵を含有する排水に対し、ＳＳ（浮遊性固形物）、アンモニアとシアンの除去、有機物およびアンモニアの酸化などを行い、放流基準を満たすように処理を実行する。排水処理器１５０で処理した後の水（処理後水）は、熱交換器１３０や第１冷却器２２０等に再利用される。
【００２６】
このように、ガス化ガス生成装置１１０で生成されたガス化ガスは、熱交換器１３０、第１冷却器２２０、第２冷却器２２２、昇圧器２２４においてタールや粉塵が除去され、脱硫器２３０で硫黄が、脱アンモニア器２３２でアンモニアが、脱塩器２３４で塩素がそれぞれ除去されることにより精製され、精製ガス化ガスとなる。以下では、ガス化ガス精製システム１００の改質炉１２０の構造について詳述する。
【００２７】
（改質炉１２０の具体的構成）
図２は、改質炉１２０の外観を模式的に示した斜視図である。改質炉１２０は、図２（ａ）の如く、中心軸が鉛直方向にある筒形状（ここでは円筒形状）の本体２５０で構成される。改質炉の本体２５０は、外側のケーシング材とその内側に取り付けられる耐火材から成る。ガス化炉２１０で生成されたガス化ガスは、改質炉１２０の本体２５０側面上部の導入口２５０ａから導入され、本体２５０上部に設置された熱源２５２により９００℃〜１５００℃に加熱されて本体２５０側面下部の導出口２５０ｂから導出される。このとき、ガス化ガスに含まれるタール分が熱分解される。また、タール分と共にガス化ガスに含まれる灰は、熱源２５２の熱により溶融スラグとなる。
【００２８】
改質炉１２０の本体２５０には、炉内のメンテナンスのため人が出入りできる程度（例えば、縦１ｍ×横１ｍ×貫通厚み１ｍ）の貫通孔２５４が、例えば、図２（ａ）に示すように外壁の上下に２カ所設けられ、貫通孔２５４には、貫通孔２５４を閉塞可能な閉塞体２５６が嵌合されている。閉塞体２５６は、図２（ｂ）のように、貫通孔２５４からの放熱を低減するための複数（ここでは８つ）の耐火煉瓦２５６ａで構成され、その改質炉１２０の外面に相当する面には、引き抜き治具で狭持するための突出部材２５６ｂや、引き手２５６ｃが設けられている。
【００２９】
ただし、閉塞体２５６と貫通孔２５４との間には、閉塞体２５６を改質炉１２０から抜き差しするための数ｍｍ〜数十ｍｍの隙間があるので、その隙間に改質炉１２０内で発生した溶融スラグが入り込み、粘着してメンテナンス作業に支障を来すおそれがある。そこで、本実施形態では、改質炉１２０の内壁に、溶融スラグを含むガス化ガスの鉛直下方への流動経路を貫通孔２５４から離隔する、庇として機能する突起部２６０を形成する。
【００３０】
図３は、突起部２６０を説明するための説明図である。特に図３（ａ）は正面図に相当し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ横断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢＢ縦断面図を示す。突起部２６０は、改質炉１２０の本体２５０内面に設けられ、突起部２６０の下端は、貫通孔２５４の鉛直上方に位置し、改質炉１２０内壁より内側に突出形成されている。本実施形態において、突起部２６０は、本体２５０の内壁である耐火材と一体形成される。したがって、突起部２６０の材料は本体２５０内壁の耐火材と等しくなる。ただし、突起部２６０を本体と別体に設けるとしてもよく、その材料も本体２５０内壁の耐火材と等しいのみならず、さらに剛性の高い他の材料を用いてもよい。
【００３１】
また、突起部２６０の本体２５０に沿った水平方向の幅Ｗ１は、貫通孔２５４の庇として機能すべく、突起部２６０の側面から溶融スラグが流入するのを回避するため、貫通孔２５４の幅Ｗ２より長く形成される。こうして、閉塞体２５６と貫通孔２５４との隙間への溶融スラグの侵入自体を防止することが可能となる。
【００３２】
図４は、突起部２６０の横断面形状を説明するための横断面図である。突起部２６０は、図４（ａ）に示すように、鉛直下方に向かうに従って中心軸側（本体２５０中心側）に突出する傾斜面２６２を有す。かかる構成により、ガス化ガスや溶融スラグの流動経路が図４（ｂ）のように形成され、閉塞体２５６と貫通孔２５４との隙間への溶融スラグの侵入自体を防止することが可能となる。
【００３３】
また、突起部２６０の頂部２６４は、貫通孔２５４の上端から鉛直上方に向かうにしたがって中心軸側に離隔する仮想傾斜面２６６よりもさらに中心軸側に位置する。ここで、仮想傾斜面２６６は、貫通孔２５４の上端よりＷ３＝１ｍ鉛直上方において、中心軸側にＷ４＝１ｃｍ突出した面を想定している。
【００３４】
したがって、突起部２６０の鉛直位置に焦点をあてた場合、突起部２６０の頂部２６４が突出している長さＷ５は、突起部２６０の鉛直位置が仮に貫通孔２５４の上端の位置にあるとすると、０以上であり、貫通孔２５４の上端から０．５ｍ鉛直上方の位置にあるとすると、０．５ｃｍ以上であり、貫通孔２５４の上端から１ｍ鉛直上方の位置にあるとすると、１ｃｍ以上となる。かかる長さが突起部２６０の突出している長さＷ５の下限となる。ただし、突起部２６０の頂部２６４の鉛直位置は貫通孔２５４に近いほどよい。
【００３５】
また、突起部２６０の突出している長さＷ５の上限は特に限定する必要はないが、突起部２６０の材質および剛性を踏まえて２０ｃｍ以下とするのが好ましい。さらに、上記傾斜面２６２から頂部２６４を跨いだ面２６８（頂部２６４から傾斜面２６２と反対側にある面２６８）は、傾斜面２６２と逆に、鉛直下方に向かうに従って断面厚みが内面側に漸減してもよく、さらには、内面から中心軸側に垂直に立設して成るのが望ましく、さらには、鉛直下方に向かうに従って断面厚みが中心軸側に漸減するのが望ましい。ただし、本体２５０内面と面２６８との成す角αが０°≦α≦１１０°の範囲であれば、突起部２６０は庇としての機能を担うことができる。
【００３６】
以上、説明した改質炉１２０によれば、改質炉１２０の貫通孔２５４を閉塞体２５６で閉塞するので、改質炉１２０からの放熱を低減することができ、突起部２６０が、壁面を自重で垂下する、または、ガス化ガスと共に降下する溶融スラグの閉塞体２５６と貫通孔２５４との隙間への侵入自体を防止するので、閉塞体２５６の損傷を伴うことなく、閉塞体２５６の抜き差しを容易にすることが可能となる。したがって、メンテナンス時において、容易に改質炉１２０内の点検を実行することができる。
【００３７】
また、突起部２６０によって、図４（ｂ）の如く、鉛直下方に流れるガス化ガスが突起部２６０に衝突して乱れが生じ、ガス化ガスの温度分布の隔たりを回避し、均一化することが可能となるので、ガス化ガスに含まれるタール分の改質効率（分解率）が向上する。さらに、突起部２６０に衝突したガス化ガスは、攪拌により改質炉１２０内での滞留時間が長くなるので、タールの改質時間を十分に確保することが可能となる。また、突起部２６０は、改質炉１２０上部に位置する熱源２５２の輻射熱によって閉塞体２５６の劣化が促進するのを防止することができる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３９】
例えば、上述した実施形態においては、図５（ａ）に示したような、縦断面が三角形になるような突起部２６０を挙げて説明したが、突起部２６０は、鉛直下方に向かうに従って中心軸側に突出する傾斜面２６２を有すれば足り、図５（ｂ）のような縦断面が台形であったり、図５（ｃ）のように、傾斜面２６２が凸状の曲面であったり、また、図５（ｄ）のように、凹状の曲面であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ガス化原料をガス化させることで生成されたガス化ガスを改質する改質炉に関する。
【符号の説明】
【００４１】
１００  …ガス化ガス精製システム
１１０  …ガス化ガス生成装置
１２０  …改質炉
１３０  …熱交換器
１４０  …精製ガス化ガス抽出装置
１５０  …排水処理器
２５０  …本体
２５４  …貫通孔
２５６  …閉塞体
２６０  …突起部
２６２  …傾斜面
２６４  …頂部
２６６  …仮想傾斜面
２６８  …面
【図１】
0005796366.tif 000002
【図２】
0005796366.tif 000003
【図３】
0005796366.tif 000004
【図４】
0005796366.tif 000005
【図５】
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