(57)【要約】【課題】製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるＣＯ2ガスを固体燃料のガス化炉への供給用として有効活用し得、固体燃料をガス化炉へ安定して供給し得る燃料ガス化設備を提供する。【解決手段】ガス化炉２で生成されたガス化ガス中からＣＯ2ガスを分離して固体燃料のガス化炉２への供給系統へ導くＣＯ2ガス分離循環手段を備える。【選択図】図１
2008208297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動用反応ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される固体燃料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス化ガス中からＣＯ2ガスを分離して固体燃料のガス化炉への供給系統へ導くＣＯ2ガス分離循環手段と
を備えたことを特徴とする燃料ガス化設備。
【請求項２】
前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、ガス化ガス中のＨ2／ＣＯ比を約２に調整するフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うＦＴ合成器の前段に設けられるＣＯ2分離器によって構成した請求項１記載の燃料ガス化設備。
【請求項３】
前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、ガス化ガス中のＨ2をＮ2と混合してアンモニアを製造するアンモニア合成器の前段に設けられるＣＯ2分離器によって構成した請求項１記載の燃料ガス化設備。
【請求項４】
前記ＣＯ2ガス分離循環手段で分離されたＣＯ2ガスを、固体燃料が貯留されるホッパへ導入するよう構成した請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料ガス化設備。
【請求項５】
前記ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成すると共に、
前記燃料供給管のガス化炉に対する接続部近傍に流動用ガス管を接続し、該流動用ガス管に対し前記ＣＯ2ガス分離循環手段で分離されたＣＯ2ガスを、固体燃料を安定して流動層内へ供給するための流動ガスとして導入するよう構成した請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料ガス化設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス化設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料として、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の固体燃料を用い、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。
【０００３】
図６及び図７は従来の燃料ガス化設備の一例を示すものであって、該燃料ガス化設備は、蒸気、及び空気又は酸素等の流動用反応ガスにより流動媒体（硅砂、石灰石等）の流動層１を形成して投入される固体燃料（石炭、バイオマス等）のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入管３から導入され且つ流動用反応ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５から排ガス管６を介して導入される排ガスより流動媒体を分離し該分離した流動媒体をダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に供給するホットサイクロン等の媒体分離装置８と、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスより流動媒体を分離するホットサイクロン等の媒体分離装置９と、該媒体分離装置９で分離された流動媒体を回収する回収容器１０とを備えてなる構成を有している。
【０００４】
尚、図６及び図７中、１１は前記ガス化炉２の底部へ導入される蒸気及び流動用反応ガスを流動層１内へ均一に吹き込むための分散板、１２は前記ガス化炉２内部における導入管３が接続される部分を下方のみが開放されるように覆うことにより流動層１内の流動媒体が導入管３へ直接流出することを防止するための仕切壁、１３は前記燃焼炉５の底部へ導入される流動用反応ガスを流動層４内へ均一に吹き込むための分散板、１４は前記固体燃料が貯留されるホッパ、１５はホッパ１４に貯留された固体燃料を切り出すスクリューフィーダ、１６はスクリューフィーダ１５によって切り出された固体燃料が導かれ且つ前記ガス化炉２側面における流動層１上面より高い位置に接続された燃料供給管である。
【０００５】
前述の如き燃料ガス化設備においては、ガス化炉２において、蒸気、及び空気又は酸素等の流動用反応ガスにより流動層１が形成されており、ここにホッパ１４に貯留された石炭、バイオマス等の固体燃料をスクリューフィーダ１５によって切り出して燃料供給管１６から投入すると、該固体燃料は部分酸化してガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に導入管３から、流動用反応ガスにより流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの排ガスは、排ガス管６を介してホットサイクロン等の媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記排ガスより流動媒体が分離され、該分離された流動媒体はダウンカマー７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。
【０００６】
ここで、前記ガス化炉２の内部では、ガス化炉２の底部へ供給される蒸気や固体燃料自体から蒸発する水分の存在下で高温が保持されると共に、固体燃料の熱分解によって生成したガスや、その残渣燃料が蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2＋ＣＯ2］が起こり、Ｈ2やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。
【０００７】
前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、ホットサイクロン等の媒体分離装置９で流動媒体が分離され、該媒体分離装置９で分離された流動媒体は、回収容器１０に回収される。
【０００８】
尚、図６及び図７に示される燃料ガス化設備と類似した装置構成を有するものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００６−２０７９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述の如き従来の燃料ガス化設備において、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガス中にはＣＯ2も含まれており、該ガス化ガス中に含まれるＣＯ2については、製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるものの、必ずしも充分に有効活用されているとは言えないのが現状であった。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるＣＯ2ガスを固体燃料のガス化炉への供給用として有効活用し得、固体燃料をガス化炉へ安定して供給し得る燃料ガス化設備を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、流動用反応ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される固体燃料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス化ガス中からＣＯ2ガスを分離して固体燃料のガス化炉への供給系統へ導くＣＯ2ガス分離循環手段と
を備えたことを特徴とする燃料ガス化設備にかかるものである。
【００１２】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１３】
前述の如く構成すると、ガス化ガス中から分離されるＣＯ2ガスが固体燃料のガス化炉への供給用として有効活用され、固体燃料がガス化炉へ安定して供給されると共に、ガス化炉内におけるガス化反応の一つである
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ
という反応が促進されることとなり、ガス化効率の向上にもつながる。
【００１４】
前記燃料ガス化設備においては、前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、ガス化ガス中のＨ2／ＣＯ比を約２に調整するフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うＦＴ合成器の前段に設けられるＣＯ2分離器によって構成することができる。
【００１５】
又、前記燃料ガス化設備においては、前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、ガス化ガス中のＨ2をＮ2と混合してアンモニアを製造するアンモニア合成器の前段に設けられるＣＯ2分離器によって構成することもできる。
【００１６】
一方、前記燃料ガス化設備においては、前記ＣＯ2ガス分離循環手段で分離されたＣＯ2ガスを、固体燃料が貯留されるホッパへ導入することが、固体燃料を乾燥させ、固体燃料をＣＯ2ガスによって圧送し定常供給する上で有効となる。
【００１７】
更に、前記燃料ガス化設備においては、前記ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成すると共に、
前記燃料供給管のガス化炉に対する接続部近傍に流動用ガス管を接続し、該流動用ガス管に対し前記ＣＯ2ガス分離循環手段で分離されたＣＯ2ガスを、固体燃料を安定して流動層内へ供給するための流動ガスとして導入することができる。このようにすると、ガス化炉の流動層の上へ燃料供給管から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くすること、更に、ガス化ガス中のタールの改質が可能となる。ここで、仮に、ガス化炉側面における流動層上面より低い位置に燃料供給管を接続し、該燃料供給管から固体燃料を流動層内へ供給するよう構成すると、特に固体燃料としてバイオマスを使用した場合、該バイオマスは石炭より揮発分が多くガス化しやすいことから、ガス化炉に対する燃料供給管の接続部において、数百［℃］に昇温して溶融化し、それが固着していくと、燃料供給管が詰まってしまうことも考えられるが、前述の如く構成した場合には、燃料供給管に接続した流動用ガス管からＣＯ2ガスが流動ガスとして供給され、固体燃料の流動が促進されるため、固体燃料としてたとえバイオマスを使用したとしても、溶融化したバイオマスが燃料供給管の接続部に固着せず、該燃料供給管が詰まる心配もない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃料ガス化設備によれば、製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるＣＯ2ガスを固体燃料のガス化炉への供給用として有効活用し得、固体燃料をガス化炉へ安定して供給し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明を実施する形態の第一例であって、図中、図６及び図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図６及び図７に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１及び図２に示す如く、ガス化炉２で生成されたガス化ガス中からＣＯ2ガスを分離して固体燃料のガス化炉２への供給系統へ導くＣＯ2ガス分離循環手段を備えた点にある。
【００２１】
本図示例の場合、
空気をＯ2とＮ2とに分離するＯ2分離器１７と、
前記ガス化炉２で生成され媒体分離装置９（図１には図示を省略、図６参照）で流動媒体が分離されたガス化ガスに対し前記Ｏ2分離器１７で分離されたＯ2を混合してタール及び低級炭化水素の改質を行う高温改質炉１８と、
該高温改質炉１８で改質されたガス化ガスから脱塵並びに微量成分除去を行うスプレー塔１９と、
該スプレー塔１９で脱塵並びに微量成分除去が行われたガス化ガスから硫黄を除去する脱硫塔２０と、
該脱硫塔２０で硫黄が除去されたガス化ガスから軽質タール等の微量成分を除去する精密除去器２１と、
該精密除去器２１で軽質タール等の微量成分が除去されたガス化ガス（Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2）からＣＯ2を分離するＣＯ2分離器２２と、
該ＣＯ2分離器２２でＣＯ2が分離されたガス化ガス中のＨ2／ＣＯ比を約２に調整するフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うことにより液体燃料としてのＨ2及びＣＯを製造するＦＴ合成器２３と
を具備せしめ、前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、前記ＦＴ合成器２３の前段に設けられるＣＯ2分離器２２によって構成してある。
【００２２】
そして、前記ＣＯ2ガス分離循環手段としてのＣＯ2分離器２２で分離されたＣＯ2ガスは、図２に示す如く、固体燃料のガス化炉２への供給系統であって且つ固体燃料が貯留されるホッパ１４へ導入するよう構成してある。
【００２３】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２４】
図１に示す第一例の場合、ガス化炉２で生成され媒体分離装置９（図１には図示を省略、図６参照）で流動媒体が分離されたガス化ガスは、高温改質炉１８においてＯ2分離器１７で分離されたＯ2が混合されてタール及び低級炭化水素の改質が行われ、スプレー塔１９において前記高温改質炉１８で改質されたガス化ガスから脱塵並びに微量成分除去が行われ、脱硫塔２０において前記スプレー塔１９で脱塵並びに微量成分除去が行われたガス化ガスから硫黄が除去され、精密除去器２１において前記脱硫塔２０で硫黄が除去されたガス化ガスから軽質タール等の微量成分が除去され、ＣＯ2分離器２２において前記精密除去器２１で軽質タール等の微量成分が除去されたガス化ガス（Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2）からＣＯ2が分離され、ＦＴ合成器２３において前記ＣＯ2分離器２２でＣＯ2が分離されたガス化ガス中のＨ2／ＣＯ比を約２に調整するフィッシャー・トロプシュ合成反応が行われることにより液体燃料としてのＨ2及びＣＯが製造されるが、前記ＣＯ2ガス分離循環手段としてのＣＯ2分離器２２で分離されたＣＯ2ガスは、図２に示す如く、固体燃料が貯留されるホッパ１４へ導入される。
【００２５】
このように、前記ＣＯ2ガスがホッパ１４へ導入されると、該ホッパ１４内において固体燃料の乾燥が行われると共に、固体燃料がＣＯ2ガスによって圧送される形となり、該固体燃料の定常供給が可能となる。
【００２６】
更に、前記ＣＯ2ガスがホッパ１４からスクリューフィーダ１５と燃料供給管１６を経てガス化炉２へ供給されることにより、ガス化反応の一つである
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ
という反応が促進されることとなり、ガス化効率の向上にもつながる。
【００２７】
因みに、Ｎ2ガスや蒸気等をホッパ１４へ導入することも可能ではあるが、仮にＮ2ガスをホッパ１４へ導入した場合、ガス化炉２に不活性ガスが混入することとなって、生成されるガス化ガスの熱量が低下する一方、仮に蒸気をホッパ１４へ導入した場合、余分な蒸気が必要となり、その分システム全体の効率が低下してしまうこととなる。しかし、本図示例では、製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるＣＯ2を循環させて利用するため、Ｎ2ガスを用いる場合のようにガス化ガスの熱量が低下したり、蒸気を用いる場合のようにシステム全体の効率が低下してしまう心配は全くない。
【００２８】
こうして、製品となるＨ2やＣＯ等の可燃性ガスから最終的に分離されるＣＯ2ガスを固体燃料のガス化炉２への供給用として有効活用し得、固体燃料をガス化炉２へ安定して供給し得る。
【００２９】
図３はガス化炉２の変形例を示す要部構成図であって、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図３に示す如く、ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１６を接続し、該燃料供給管１６から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成した点にある。
【００３０】
前述の如く、ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１６を接続し、該燃料供給管１６から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成すると、図２に示す例の如く、ガス化炉２の流動層１の上へ燃料供給管１６から固体燃料を供給する場合に比べ、該固体燃料の微粒子が飛散せずに流動媒体と充分に接触する形となって、固体燃料の熱分解が確実に完了し、得られるガス熱量即ち冷ガス効率が高まる一方、Ｃ転換率やＨ転換率も高くすること、更に、ガス化ガス中のタールの改質が可能となる。
【００３１】
図４は本発明を実施する形態の第一例（図１参照）におけるガス化炉２の他の具体例を示す要部構成図であって、図中、図１及び図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図３に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、前記ＣＯ2ガス分離循環手段としてのＣＯ2分離器２２（図１参照）で分離されたＣＯ2ガスを固体燃料が貯留されるホッパ１４へ導入する代りに、図４に示す如く、前記固体燃料のガス化炉２への供給系統としての燃料供給管１６のガス化炉２に対する接続部近傍に流動用ガス管２４を接続し、該流動用ガス管２４に対し前記ＣＯ2ガス分離循環手段としてのＣＯ2分離器２２で分離されたＣＯ2ガスを、固体燃料を安定して流動層内へ供給するための流動ガスとして導入するよう構成した点にある。
【００３２】
ここで、図３や図４に示す例の如く、ガス化炉２側面における流動層１上面より低い位置に燃料供給管１６を接続し、該燃料供給管１６から固体燃料を流動層１内へ供給するよう構成すると、特に固体燃料としてバイオマスを使用した場合、該バイオマスは石炭より揮発分が多くガス化しやすいことから、ガス化炉２に対する燃料供給管１６の接続部において、数百［℃］に昇温して溶融化し、それが固着していくと、燃料供給管１６が詰まってしまうことも考えられるが、図４に示す例の場合には、燃料供給管１６に接続した流動用ガス管２４からＣＯ2ガスが流動ガスとして供給され、固体燃料の流動が促進されるため、固体燃料としてたとえバイオマスを使用したとしても、溶融化したバイオマスが燃料供給管１６の接続部に固着せず、該燃料供給管１６が詰まる心配もない。
【００３３】
尚、図４に示す例において、図３に示す例と同様に、ＣＯ2ガス分離循環手段としてのＣＯ2分離器２２（図１参照）で分離されたＣＯ2ガスを固体燃料が貯留されるホッパ１４へ導入しても良いことは言うまでもない。
【００３４】
図５は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図５に示す如く、前記ＣＯ2ガス分離循環手段を、ガス化ガス中のＨ2をＮ2と混合してアンモニアを製造するアンモニア合成器２５の前段に設けられるＣＯ2分離器２２によって構成した点にある。
【００３５】
本図示例の場合、前記ＣＯ2分離器２２でＣＯ2が分離されたガス化ガス中からＨ2を分離するＨ2分離器２６を設けてあり、該Ｈ2分離器２６で分離されたＨ2を前記アンモニア合成器２５にアンモニア製造時の反応用として導入し、前記Ｈ2分離器２６でＨ2が分離されたＣＯは、前記ＣＯ2分離器２２でＣＯ2が分離されたガス化ガスに戻すようにしてある。
【００３６】
図５に示すシステム構成を採用した場合にも、ガス化炉２の具体例としては、図１の場合と同様に、図２、図３、図４のいずれの形式を用いることができ、前述と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
尚、本発明の燃料ガス化設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を実施する形態の第一例のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を実施する形態の第一例におけるガス化炉の具体例を示す要部構成図である。
【図３】図２に示すガス化炉の変形例を示す要部構成図である。
【図４】本発明を実施する形態の第一例におけるガス化炉の他の具体例を示す要部構成図である。
【図５】本発明を実施する形態の第二例のシステム構成を示すブロック図である。
【図６】従来の燃料ガス化設備の一例を示す全体概要構成図である。
【図７】従来の燃料ガス化設備の一例におけるガス化炉を示す要部構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  流動層
２  ガス化炉
３  導入管
５  燃焼炉
７  ダウンカマー
８  媒体分離装置
１０  回収容器
１１  分散板
１４  ホッパ（供給系統）
１５  スクリューフィーダ
１６  燃料供給管（供給系統）
２２  ＣＯ2分離器（ＣＯ2ガス分離循環手段）
２３  ＦＴ合成器
２４  流動用ガス管
２５  アンモニア合成器
【図１】
2008208297.tif 000003
【図２】
2008208297.tif 000004
【図３】
2008208297.tif 000005
【図４】
2008208297.tif 000006
【図５】
2008208297.tif 000007
【図６】
2008208297.tif 000008
【図７】
2008208297.tif 000009