(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タールを含有するガス化ガスと酸素を改質炉に供給し、ガス化ガスを部分燃焼させて改質炉内を改質に必要な改質目標温度に高めることによりガス化ガスの改質を行うガス化ガスの改質方法であって、酸素によりガス化ガスが燃焼して改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素と第１段ガス化ガスとを改質炉の一端側から供給することにより改質炉内に加熱域を形成し、改質炉内における加熱域の近傍に残りのガス化ガスを第２段ガス化ガスとして供給することにより改質域を形成することを特徴とするガス化ガスの改質方法。
【請求項２】
改質域での改質目標温度が９００〜１４００℃である請求項１に記載のガス化ガスの改質方法。
【請求項３】
第２段ガス化ガスの供給により改質域の温度が低下する温度低下分を見込んで加熱域での加熱温度を高く設定する請求項１又は２に記載のガス化ガスの改質方法。
【請求項４】
タールを含有するガス化ガスと酸素を改質炉に供給し、ガス化ガスを部分燃焼させて改質炉内を改質に必要な改質目標温度に高めることによりガス化ガスの改質を行うガス化ガスの改質装置であって、酸素によりガス化ガスが燃焼して改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素とガス化ガスの一部とを改質炉の一端に供給して改質炉内に加熱域を形成するための酸素供給路及び第１段ガス化ガス供給路と、前記加熱域の近傍に残りのガス化ガスを供給して改質域を形成する第２段ガス化ガス供給路と、を有することを特徴とするガス化ガスの改質装置。
【請求項５】
第１段ガス化ガス供給路に、該第１段ガス化ガス供給路によって改質炉に供給されるガス化ガスの供給量を調節するための流量調節手段を有する請求項４に記載のガス化ガスの改質装置。
【請求項６】
酸素供給路に、該酸素供給路によって改質炉に供給される酸素の供給量を調節するための流量調節手段を有する請求項４又は５に記載のガス化ガスの改質装置。
【請求項７】
第１段ガス化ガス供給路は、改質炉の外周壁に接線方向からガス化ガスを供給する第１段ノズルを有する請求項４又は５に記載のガス化ガスの改質装置。
【請求項８】
第１段ノズルは、改質炉の周方向に等間隔で複数配置されている請求項６に記載のガス化ガスの改質装置。
【請求項９】
第２段ガス化ガス供給路は、改質炉の外周壁に対して接線方向からガス化ガスを供給する第２段ノズルを有する請求項４〜８のいずれか１つに記載のガス化ガスの改質装置。
【請求項１０】
第２段ノズルは、改質炉の周方向に等間隔で複数配置されている請求項９に記載のガス化ガスの改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡略な装置により水素の生成を高められるようにしたガス化ガスの改質方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、流動層ガス化炉或いは固定層ガス化炉等のガス化装置によって石炭、バイオマス等の原料をガス化して高燃焼性のガス化ガスを生成することが行われており、このガス化ガスは、そのまま燃料として用いたり、或いは目的のガス成分を得るための精製を行ったり、或いは液化して液体燃料とすること等が行われるようになってきている。前記ガス化ガスは、水素（Ｈ２）、炭化水素（ＣｍＨｎ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）等のガス成分と共に、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及びタールを含有している。
【０００３】
ガス化装置で生成したガス化ガスは、後段の前記したような精製或いはその他の種々の装置機器に搬送されて利用されるが、この時、ガス化ガス中に含まれるタールは配管や装置機器に付着堆積し、閉塞等のトラブルを発生する原因となるため、従来はスクラバーを設置して水噴射によりタールを除去することが行われていた。
【０００４】
一方、前記ガス化ガスを改質炉に供給し、酸素（Ｏ２）を供給してガス化ガスの一部を燃焼させることにより温度を高めてタールの改質を行い、これによって、改質されないタールは固体炭素（チャー）として前記配管や装置機器への付着堆積の問題を防止すると共に、Ｈ２及びＣＯ、ＣＨが富化された改質後ガスを得ることが行われている。
【０００５】
改質炉ではタール（Ｔａｒ）は次の反応によって改質される。
【化１】
0005282455.tif 000002
【化２】
0005282455.tif 000003
【化３】
0005282455.tif 000004
【０００６】
又、改質炉では炭化水素は次の反応によって改質される。
【化４】
0005282455.tif 000005
【０００７】
改質反応に必要なガスは次の燃焼反応によって供給される。
【化５】
0005282455.tif 000006
【化６】
0005282455.tif 000007
【化７】
0005282455.tif 000008
【化８】
0005282455.tif 000009
【０００８】
改質炉について技術開示した先行技術情報としては、特許文献１、特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００３−２６２３１９号公報
【特許文献２】特許第３４１５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１、特許文献２に示すような従来の改質炉においては、改質炉の一端からガス化ガスと酸素を供給し、ガス化ガスの一部を酸素で燃焼させることにより改質炉内を改質が進む改質目標温度に高め、この改質目標温度を所要時間保持する（反応時間を維持する）ことによりガス化ガスの改質を行っている。
【００１０】
しかし、上記したようにガス化ガスと酸素とを改質炉に一端側から供給すると、酸素は、主にＨ２と選択的に反応して改質炉内を必要な改質目標温度まで高めるように作用するため、ガス化ガス製品として利用価値の高いＨ２が昇温のために無駄に消費され、結果的に改質炉から導出される改質後ガス中のＨ２の濃度が低下するという問題がある。更に、改質炉内では燃焼によって一旦Ｈ２の濃度が減少した後に、Ｈ２の生成反応が行われることになるため、目標Ｈ２濃度を得るためには反応時間を長く維持する必要があり、よって改質炉の長さ寸法が大型化するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡略な装置により水素の生成を高められるようにしたガス化ガスの改質方法及び装置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】
【００１２】
本発明は、タールを含有するガス化ガスと酸素を改質炉に供給し、ガス化ガスを部分燃焼させて改質炉内を改質に必要な改質目標温度に高めることによりガス化ガスの改質を行うガス化ガスの改質方法であって、酸素によりガス化ガスが燃焼して改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素と第１段ガス化ガスとを改質炉の一端側から供給することにより改質炉内に加熱域を形成し、改質炉内における加熱域の近傍に残りのガス化ガスを第２段ガス化ガスとして供給することにより改質域を形成することを特徴とするガス化ガスの改質方法、に係るものである。
【００１３】
上記ガス化ガスの改質方法において、改質域での改質目標温度が９００〜１４００℃であることは好ましい。
【００１４】
又、上記ガス化ガスの改質方法において、第２段ガス化ガスの供給により改質域の温度が低下する温度低下分を見込んで加熱域での加熱温度を高く設定することは好ましい。
【００１５】
本発明は、タールを含有するガス化ガスと酸素を改質炉に供給し、ガス化ガスを部分燃焼させて改質炉内を改質に必要な改質目標温度に高めることによりガス化ガスの改質を行うガス化ガスの改質装置であって、酸素によりガス化ガスが燃焼して改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素とガス化ガスの一部とを改質炉の一端に供給して改質炉内に加熱域を形成するための酸素供給路及び第１段ガス化ガス供給路と、前記加熱域の近傍に残りのガス化ガスを供給して改質域を形成する第２段ガス化ガス供給路と、を有することを特徴とするガス化ガスの改質装置、に係るものである。
【００１６】
上記ガス化ガスの改質装置において、第１段ガス化ガス供給路に、該第１段ガス化ガス供給路によって改質炉に供給されるガス化ガスの供給量を調節するための流量調節手段を有することは好ましい。
【００１７】
又、上記ガス化ガスの改質装置において、酸素供給路に、該酸素供給路によって改質炉に供給される酸素の供給量を調節するための流量調節手段を有することは好ましい。
【００１８】
又、上記ガス化ガスの改質装置において、第１段ガス化ガス供給路が、改質炉の外周壁に接線方向からガス化ガスを供給する第１段ノズルを有することは好ましい。
【００１９】
又、上記ガス化ガスの改質装置において、第１段ノズルが改質炉の周方向に等間隔で複数配置されていることは好ましい。
【００２０】
又、上記ガス化ガスの改質装置において、第２段ガス化ガス供給路が、改質炉の外周壁に対して接線方向からガス化ガスを供給する第２段ノズルを有することは好ましい。
【００２１】
又、上記ガス化ガスの改質装置において、第２段ノズルが、改質炉の周方向に等間隔で複数配置されていることは好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
上記本発明のガス化ガスの改質方法及び装置によれば、設定した量の第１段ガス化ガスと酸素を改質炉の一端に供給して燃焼させることにより改質炉内に改質が進む改質目標温度に維持された加熱域を形成し、加熱域の近傍に第２段ガス化ガスを供給して改質を行うようにしたので、加熱域においては第１段ガス化ガス中のタールも燃焼させて改質目標温度を維持するようになり、加熱域の近傍に供給される第２段ガス化ガスは、酸素が燃え尽きた状態で改質目標温度に維持された改質域により水素を燃焼させることなく改質反応のみが促進され、よって水素濃度が高められた改質後ガスを取り出すことができる効果がある。
【００２３】
更に、改質域においては水素が燃焼することなく、改質反応を促進させて水素濃度を高めることができるため、従来に比して反応時間を短縮して改質炉の小型化が図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は本発明を実施する改質装置の一例を示す斜正面図、図２は図１の改質装置をＩＩ方向から見た平面図である。
【００２６】
図１、図２において、１は円筒状を有する改質炉であり、改質炉１の一端（図１では上端）には、ガス化装置２で生成したガス化ガス３の一部を第１段ガス化ガス３ａとして供給する第１段ガス化ガス供給路４を設けている。該第１段ガス化ガス供給路４は、改質炉１の一端側の外周壁に対して接線方向から第１段ガス化ガス３ａを供給するための第１段ノズル５を有し、改質炉１内に旋回流を形成するようにしている。又、改質炉１の前記一端から離反した中間部には、前記ガス化装置２からのガス化ガス３の残りを分岐して第２段ガス化ガス３ｂとして供給するようにした第２段ガス化ガス供給路６を設けている。該第２段ガス化ガス供給路６は、改質炉１の外周壁に対して接線方向から第２段ガス化ガス３ｂを供給するための第２段ノズル７を有し、改質炉１内に旋回流を形成するようにしている。
【００２７】
前記第１段ガス化ガス供給路４には、該第１段ガス化ガス供給路４によって改質炉１に供給される第１段ガス化ガス３ａの供給量を調節するための弁等の流量調節手段８を設けている。
【００２８】
前記改質炉１における一端の端面には酸素９（Ｏ２）を供給するための酸素供給路１０が設けてあり、該酸素供給路１０は、複数（図２では４個）の酸素ノズル１１を介して改質炉１に接続されており、酸素ノズル１１により前記第１段ノズル５から供給される第１段ガス化ガス３ａに対する酸素９の混合性を高めるようにしている。前記酸素供給路１０には、該酸素供給路１０によって改質炉１に供給される酸素９の供給量を調節するための流量調節手段１２を設けている。尚、酸素供給路１０は図１に破線で示すように、第１段ノズル５に接続することによって、第１段ノズル５を通して供給される第１段ガス化ガス３ａに酸素９を直接供給するようにしてもよい。
【００２９】
上記において、酸素供給路１０からはガス化ガスとの燃焼によって改質炉１内に改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素９を流量調節手段１２により供給し、又、第１段ガス化ガス供給路４からは前記酸素９との燃焼によって前記改質目標温度が得られる量の第１段ガス化ガス３ａを流量調節手段８により供給し、これによって図３に示すように、改質炉１の一端側の内部に加熱域Ａを形成するようにしている。そして、前記第２段ガス化ガス供給路６は、前記加熱域Ａの終了点Ｘの直下位置において改質炉１に接続しており、これによって、前記加熱域Ａの終了点Ｘから改質炉１の他端（下端）の間は改質域Ｂとなっている。改質域Ｂでは改質目標温度である９００〜１４００℃が維持されるようになっている。尚、改質炉１に対する前記第２段ガス化ガス供給路６の接続位置は、前記加熱域Ａの近傍であればよいが、加熱域Ａの終了点Ｘの直下位置に接続すると改質炉１を小型化できるので好ましい。
【００３０】
ここで、改質目標温度は、改質域Ｂで実際に改質を行うときの温度であり、加熱域Ａの加熱温度は前記改質目標温度よりも高い温度に設定されている。即ち、改質目標温度を例えば１２００℃と設定して加熱域Ａの加熱温度を同じく１２００℃とした場合には、ガス化装置２から導入されるガス化ガス３の温度が例えば９００℃以下であると、改質域Ｂに９００℃以下の第２段ガス化ガス３ｂが供給されることによって改質域Ｂの温度は低下され、更に第２段ガス化ガス３ｂ中のタールが改質される際の吸熱反応によっても改質域Ｂの温度は低下されるため、改質域Ｂの温度は例えば１１００℃となってしまい改質に必要な温度が得られない場合が生じる。このため、熱量計算或いは経験則に基づいて、改質域Ｂでの温度低下分を見込んだ高い温度、例えば１４００℃が加熱域Ａにおいて維持されるように、流量調節手段８による第１段ガス化ガス３ａの供給量と流量調節手段１２による酸素９の供給量とを調整して、加熱域Ａの加熱温度を改質目標温度よりも高い温度に設定している。
【００３１】
前記改質炉１の他端には、改質後ガス１３を取り出すようにした取出流路１４が設けてあり、該取出流路１４は前記旋回流を保持するように改質炉１の外周壁に対して接線方向に接続されている。
【００３２】
以下に、図１〜図３の形態の作用を説明する。
【００３３】
ガス化装置２で生成したガス化ガス３は、その一部が第１段ガス化ガス３ａとして第１段ガス化ガス供給路４により第１段ノズル５を介して改質炉１の一端に供給され、残りのガス化ガス３は第２段ガス化ガス３ｂとして第２段ガス化ガス供給路６により第２段ノズル７を介して改質炉１の一端から離反した中間部に供給される。
【００３４】
一方、酸素供給路１０からの酸素９は改質炉１の一端の端面に酸素ノズル１１を介して改質炉１内に供給される。
【００３５】
この時、酸素供給路１０からは第１段ガス化ガス３ａとの燃焼によって改質炉１内に改質に必要な改質目標温度が得られる量の酸素９を流量調節手段１２により供給し、又、第１段ガス化ガス供給路４からは前記酸素９との燃焼によって前記改質目標温度が得られる量の第１段ガス化ガス３ａを流量調節手段８により供給し、これによって改質炉１の一端側内部には図３に示すように加熱域Ａが形成される。この時、加熱域Ａの加熱温度は、第２段ガス化ガスの供給により改質域Ｂの温度が低下する温度低下分を見込んで高い温度に設定される。
【００３６】
加熱域Ａでは、前記第１段ガス化ガス３ａ中のＨ２が先ず選択的に燃焼して温度の上昇が行われ、続いて第１段ガス化ガス３ａ中のＣＯ及びＯＨが燃焼して更に昇温されることにより第１段ガス化ガス３ａ中のタールも燃焼される。そして、上記加熱域Ａの終了点Ｘでは、前記酸素供給路１０から供給される酸素９は燃え尽きた状態となる。
【００３７】
第２段ガス化ガス供給路６による第２段ガス化ガス３ｂは、前記加熱域Ａの終了点Ｘの直下に供給されるので、酸素が燃え尽きた状態の改質域Ｂでは第２段ガス化ガス３ｂ中のＨ２が燃焼することはなく、改質域Ｂでは改質反応のみが促進され、よってＨ２及びＣＯ、ＯＨの濃度が高められた改質後ガス１３が取出流路１４から取り出される。
【００３８】
上記したように、設定された量の第１段ガス化ガス３ａと酸素９を改質炉１の一端に供給して燃焼させることにより、改質炉１内に改質が進む改質目標温度に維持された加熱域Ａを形成し、加熱域Ａの終了点Ｘの直下に第２段ガス化ガス３ｂを供給して改質を行うようにしたので、改質目標温度まで加熱する加熱域Ａにおいては第１段ガス化ガス３ａ中のタールも燃焼するようになり、加熱域Ａの終了点Ｘの直下に供給される第２段ガス化ガス３ｂは、酸素９が燃え尽きた状態で改質目標温度に維持された改質域Ｂにより、Ｈ２を燃焼させることなく改質反応のみが促進され、よって、Ｈ２濃度が高められた改質後ガス１３が得られるようになる。
【００３９】
更に、改質域ＢにおいてはＨ２が燃焼することなく、改質反応を促進させて水素濃度を高めることができるため、従来に比して反応時間を短縮して改質炉１を小型化することができる。
【００４０】
図４、図５は、本発明の他の形態を示すもので、図４、図５においては、前記第１段ガス化ガス供給路４が改質炉１を取り巻く環状供給管１５を有しており、該環状供給管１５における周方向等間隔位置には、前記改質炉１に対して接線方向に第１段ガス化ガス３ａを供給するようにした複数の第１段ノズル５ａを配置している。
【００４１】
又、前記第２段供給ガス化ガス路６にも改質炉１を取り巻く環状供給管１６を有しており、該環状供給管１６における周方向等間隔位置には、前記改質炉１に対して接線方向に第２段ガス化ガス３ｂを供給するようにした複数の第２段ノズル７ａを配置している。
【００４２】
図４、図５に示すように、改質炉１に対して周方向に等間隔且つ接線方向に備えた複数の第１段ノズル５ａ及び第２段ノズル７ａを備えると、第１段ガス化ガス３ａ及び第２段ガス化ガス３ｂは改質炉１内に分散供給されるようになり、よって加熱域Ａでの均一な加熱、及び改質域Ｂでの均一な改質反応を行わせることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記形態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】
【００４４】
【図１】本発明を実施する改質装置の一例を示す斜正面図である。
【図２】図１の改質装置をＩＩ方向から見た平面図である。
【図３】図１の改質装置の作用を示す断面図である。
【図４】本発明を実施する改質装置の他の例を示す斜正面図である。
【図５】図４の改質装置をＶ方向から見た平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  改質炉
３  ガス化ガス
３ａ        第１段ガス化ガス
３ｂ        第２段ガス化ガス
４  第１段ガス化ガス供給路
５  第１段ノズル
５ａ        第１段ノズル
６  第２段ガス化ガス供給路
７  第２段ノズル
７ａ        第２段ノズル
８  流量調節手段
９  酸素
１０  酸素供給路
１２  流量調節手段
Ａ  加熱域
Ｂ  改質域
Ｘ  終了点
【図１】
0005282455.tif 000010
【図２】
0005282455.tif 000011
【図３】
0005282455.tif 000012
【図４】
0005282455.tif 000013
【図５】
0005282455.tif 000014