(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｔを含む酸化触媒を保持する酸化ユニットと、
Ｎｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、および、Ｓｉの群から選択される１または複数を含むタール改質触媒を保持し、前記酸化ユニットの下流側に設けられる改質ユニットと、
少なくとも酸素を含む酸化剤を前記酸化ユニットの上流側にのみ供給し、該酸化剤と、ガス化ガスとを混合して、火炎が生じる酸素濃度の下限値以上となる部分を生じさせずに混合ガスを生成し、該混合ガスを送出するガス混合部と、
を備えたことを特徴とするタール改質装置。
【請求項２】
前記ガス混合部は、エジェクタであることを特徴とする請求項１に記載のタール改質装置。
【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中のタールを改質するタール改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップなどの未利用燃料等のガス化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、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ガス化原料のうち、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、２０００℃といった高温で部分酸化する必要があるため、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。
【０００４】
この問題を解決するために、水蒸気を利用し、７００℃〜９００℃程度で石炭をガス化する技術（水蒸気ガス化）が開発されている。この技術では、温度を低く設定することでコストを低減することが可能となるが、生成されたガス化ガスには、２０００℃の高温で部分酸化して生成したガス化ガスと比較して、タールが多く含まれることが多い。水蒸気ガス化によって生成されたガス化ガスを利用するプロセスにおいてガス化ガスの温度が低下すると、ガス化ガスに含まれるタールが凝縮し、配管の閉塞、プロセスで使用する機器の故障、触媒の被毒等の問題が生じてしまう。
【０００５】
タールを除去する技術として、生成されたガス化ガスを酸素や空気で燃焼させて１１００℃以上にし、酸化改質する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。しかし、タールを酸化改質するには、酸化改質反応のための酸化改質炉の温度を１１００℃以上にする必要があり、このように酸化改質炉の温度を上昇させるため、ガス化ガス中の可燃性ガス（水素やメタン）を酸素や空気で燃焼させなければならなかった。したがって、ガス化ガス中の可燃性ガスを消費してしまうので、酸化改質炉で処理したガス化ガスは、単位体積あたりの可燃性ガスの割合が、例えば１０％程度低下することがあった。
【０００６】
そこで、タール改質触媒を用いてガス化ガス中のタールを改質し、ガス化ガスからタールを除去する技術が開発されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４０８６２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２の技術では、ガス化ガスに酸素を加えて酸化させることで、ガス化ガスをタール改質触媒に適した温度に上昇させている。しかし、ガス化ガスに酸素を加えた際に火炎が生じることがあり、この場合、ガス化ガス中の炭化水素やタールが火炎によって煤になってしまう。そうすると、煤によって、配管が閉塞したり、プロセスで使用する機器が故障したりする等の問題が生じるおそれがある。したがって、タール改質触媒を用いてタールを除去する構成において、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させる技術の開発が希求されている。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させることが可能なタール改質装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のタール改質装置は、Ｐｔを含む酸化触媒を保持する酸化ユニットと、Ｎｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、および、Ｓｉの群から選択される１または複数を含むタール改質触媒を保持し、酸化ユニットの下流側に設けられる改質ユニットと、少なくとも酸素を含む酸化剤を酸化ユニットの上流側にのみ供給し、酸化剤と、ガス化ガスとを混合して、火炎が生じる酸素濃度の下限値以上となる部分を生じさせずに混合ガスを生成し、混合ガスを送出するガス混合部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、ガス混合部は、エジェクタであるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、火炎を生じさせずにガス化ガスの温度を上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガス化ガス生成装置を説明するための図である。
【図２】タール改質装置を説明するための図である。
【図３】酸化ユニットの具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、本明細書および図面において、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。
【００１５】
（ガス化ガス生成装置１００）
図１は、ガス化ガス生成装置１００を説明するための図である。図１に示すように、ガス化ガス生成装置１００は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置（サイクロン）１１４と、ガス化炉１１６と、タール改質装置２００と、精製装置３００とを含んで構成される。なお、図１中、ガス化原料を破線の矢印で、ガスの流れを実線の矢印で、流動媒体（砂）の流れを一点鎖線の矢印で示す。
【００１６】
ガス化ガス生成装置１００では、全体として、粒径が３００μｍ程度の硅砂（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。具体的には、まず、流動媒体は、燃焼炉１１２で１０００℃程度に加熱され、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む燃焼排ガスとともに媒体分離装置１１４に導入される。媒体分離装置１１４においては、高温の流動媒体と燃焼排ガスとが分離され、当該分離された高温の流動媒体が、ガス化炉１１６に導入される。そして、ガス化炉１１６に導入された流動媒体は、ガス化炉１１６の底面から導入されるガス化剤（水蒸気）によって流動層化された後、最終的に、燃焼炉１１２に戻される。また、媒体分離装置１１４で分離された燃焼排ガスは、ボイラ等で熱回収される。
【００１７】
ガス化炉１１６は、例えば、気泡流動層ガス化炉であり、褐炭等の石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等の液体原料といったガス化原料を７００℃〜９００℃でガス化させてガス化ガスを生成する。本実施形態では、ガス化炉１１６に水蒸気を供給することにより、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する（水蒸気ガス化）。
【００１８】
なお、ここでは、ガス化炉１１６として、循環流動層方式を例に挙げて説明したが、ガス化原料をガス化することができれば、ガス化炉１１６は、単なる流動層方式や、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であってもよい。
【００１９】
ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、タール、水蒸気等が含まれているため、後述するタール改質装置２００でタールが改質され、タールが改質されたガス化ガスＸ２は、精製装置３００でさらに精製される。
【００２０】
精製装置３００は、タール改質装置２００から送出されたガス化ガスＸ２を冷却する熱交換器、熱交換器で冷却されたガス化ガスに水を噴霧してタールやスラッジを除去するスプレー塔、ガス化ガスに霧状の水を噴霧してタールやスラッジをさらに除去するミストセパレータ、タールやスラッジが除去されたガス化ガスを昇圧する昇圧器、ガス化ガスから硫化物を除去する脱硫装置、ガス化ガスから窒化物を除去する脱硝装置、ガス化ガスから塩化物を除去する脱塩装置等を含んで構成され、タール改質装置２００でタールが改質されたガス化ガスＸ２を精製する。
【００２１】
（タール改質装置２００）
続いて、タール改質装置２００の具体的な構成について説明する。図２は、タール改質装置２００を説明するための図である。図２に示すように、タール改質装置２００は、ガス混合部２１０と、酸化ユニット２２０と、改質ユニット２３０とを含んで構成される。
【００２２】
ガス混合部２１０は、例えば、エジェクタで構成され、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１を受け付け、ガス化ガスＸ１と酸化剤とを混合して混合ガスを生成し、混合ガスを送出する。ここで、酸化剤は、少なくとも酸素を含むガスである。
【００２３】
ガス混合部２１０をエジェクタで構成すると、ガス化ガスＸ１の線速度を向上させて旋回流とすることができる。このガス化ガスＸ１の旋回流に酸化剤を導入することで、ガス化ガスＸ１と酸化剤とを実質的に均一に混合することが可能となる。これにより、混合ガス中において酸素濃度が予め定められた濃度以上となる部分を生じさせずに、混合ガスを生成することができる。ここで、予め定められた濃度は、火炎が生じる酸素濃度の下限値である。したがって、混合ガスの生成過程で火炎が生じてしまう事態を回避することが可能となる。
【００２４】
酸化ユニット２２０は、混合ガスの酸化反応を促進する酸化触媒と、酸化触媒を保持する担体とを含んで構成され、ガス混合部２１０で混合された混合ガスが流通する流路上に設けられ、酸化触媒と、混合ガスとを接触させる。ここで、酸化触媒は、例えば、白金（Ｐｔ）を含んで構成され、担体は、金属で構成されてもよいし、コージェライト、ムライト、アルミナ等のセラミックで構成されてもよい。
【００２５】
図３は、酸化ユニット２２０の具体例を説明するための図である。図３中、混合ガスの流れを白抜き矢印で示し、酸化触媒２２４、２２８を黒い塗りつぶしで示す。
【００２６】
酸化ユニット２２０は、例えば、図３（ａ）に示すように、混合ガスの流路２０２を、混合ガスの流れ方向と直交する方向に複数（例えば、８個）に分割する平板で構成された担体２２２と、担体２２２の表面に担持された酸化触媒２２４とで構成される。
【００２７】
酸化ユニット２２０が、混合ガスの流れ方向と平行な面に酸化触媒２２４を保持することにより、混合ガスの少なくとも一部を酸化触媒２２４に確実に接触させることができる。酸化触媒２２４に混合ガスが接触すると、酸化反応が開始されるため、酸化反応が開始した箇所を起点として、混合ガス全体において酸化反応を進行させることが可能となる。
【００２８】
また、酸化ユニット２２０をハニカム形状とすることにより、混合ガスの流通を妨げることなく（流路断面積の減少を抑えつつ）、酸化触媒２２４を混合ガスに接触させることができる。さらに、酸化ユニット２２０がハニカム形状であるため、混合ガスにダスト（粉塵）が含まれる場合であっても混合ガスの流路が閉塞されてしまう事態を回避することが可能となる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示すように、酸化ユニット２２０を、混合ガスの流れ方向と直交する方向に延在する棒で構成され、先端が流路２０２の中央に配されるように設けられた担体２２６と、担体２２６の先端に担持された酸化触媒２２８とで構成してもよい。
【００３０】
かかる構成であっても、混合ガスの少なくとも一部を酸化触媒２２８に接触させることができ、混合ガス全体における酸化反応の進行の起点とすることが可能となる。また、混合ガスの流通を妨げることなく（流路断面積の減少を抑えつつ）、酸化触媒２２８を混合ガスに接触させることができる。
【００３１】
このように、酸化ユニット２２０を備える構成により、混合ガスの酸化反応を確実に進行させることができる。ガス混合部２１０のみでは、酸化反応が進行せず、混合ガス（ガス化ガスＸ１）の温度が上昇しないおそれがあるが、酸化ユニット２２０を設けることにより、混合ガスの酸化反応を確実に遂行することができ、混合ガスの温度を上昇させることが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態において、酸化触媒２２４、２２８（酸化ユニット２２０）は、ガス混合部２１０における混合ガスの送出口（不図示）近傍に配される。これにより、混合ガスの酸化反応を効率よく遂行することができる。
【００３３】
図２に戻って、改質ユニット２３０は、タール改質触媒と、タール改質触媒を保持する担体とを含んで構成され、酸化ユニット２２０によって温度が上昇した（酸化反応が遂行された）混合ガスが流通する流路上に設けられ、タール改質触媒と、混合ガスとを接触させることで、混合ガス中のタールの改質反応を促進させる。
【００３４】
ここで、タール改質触媒は、少なくともＮｉが含まれて構成される（以下、「Ｎｉ系触媒」と称する）。上述したように、ガス化炉１１６では、水蒸気ガス化を行っているため、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１（混合ガス）には水蒸気が多く（例えば、５０％程度）含まれている。したがって、混合ガスにＮｉ系触媒を接触させることで、混合ガス中のタールと水蒸気とを反応させることができ、タールを、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）に改質することができる。
【００３５】
こうして、ガス化ガスＸ１からタールを除去することができ、タールが除去されたガス化ガスＸ２は、後段の精製装置３００に送出されることとなる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態にかかるタール改質装置２００によれば、ガス混合部２１０を備える構成により、火炎を生じさせずにガス化ガスＸ１と酸化剤とを混合することができる。また、酸化ユニット２２０を備える構成により、混合ガスの酸化反応を確実に遂行させることができ、混合ガスの温度を、改質ユニット２３０のタール改質触媒の活性温度まで上昇させることが可能となる。これにより、改質ユニット２３０においてタールを効率よく除去することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、上記実施形態において、ガス混合部２１０がエジェクタで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、混合ガス中において酸素濃度が予め定められた濃度以上となる部分を生じさせずに、つまり、火炎を生じさせずに混合ガスを生成することができれば、ガス混合部２１０の構成に限定はない。
【００３９】
また、上記実施形態において、担体２２２による流路２０２の分割数が８つである場合を例に挙げて説明した。しかし、担体２２２による流路２０２の分割数に限定はなく、２以上であればよい。
【００４０】
また、上記実施形態において、タール改質触媒として、少なくともＮｉを含む触媒を例に挙げて説明した。しかし、混合ガス中のタールを改質して、タールを除去することができれば、タール改質触媒の材質に限定はない。例えば、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、および、Ｓｉの群から選択される１または複数の元素の酸化物または炭酸塩であり、例えば、ドロマイト、カンラン石、褐鉄鉱、石灰石といった天然鉱石をタール改質触媒として用いてもよい。つまり、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、および、Ｓｉの群から選択される１または複数を含むタール改質触媒を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成するガス化ガス中のタールを改質するタール改質装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
２００  タール改質装置
２１０  ガス混合部
２２０  酸化ユニット
２３０  改質ユニット
【図１】
0006596888.tif 000002
【図２】
0006596888.tif 000003
【図３】
0006596888.tif 000004