(57)【要約】【課題】流動層ガス化炉の流動層からガスを取り出し、この採取ガス中の水分、ガス流量、ガス成分を測定することにより、流動層のガス化反応を定量的に解析して流動層ガス化炉のガス化反応を評価する。【解決手段】採取フィルタ９を備えて流動層ガス化炉１の流動層５内に挿入しガスを採取する採取管１０と、採取した採取ガス中の固体を分離するフィルタ１３と、フィルタ１３の下流で採取ガスをタール分離温度に調節し内部に備えた捕集ボール２２により採取ガス中のタールを付着分離するタール捕集装置２３と、タール捕集後の採取ガスを冷却する冷却部３１と冷却部３１の冷却によって凝縮した水分を捕集する水分捕集部３３とを有する水分捕集装置３４と、水分捕集装置３４の下流で採取ガスの流量を計測するガス流量計３８と、ガス流量計３８の下流の採取ガスをガス分析手段４４に供給するガス供給装置４７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
採取フィルタを備えた採取管を流動層内に挿入することにより流動層のガスを採取し、その採取ガスに含まれる固体とタールを除去した後、採取ガスを冷却して凝縮した水分を捕集することにより水分量を計測し、水分を除去した採取ガスのガス流量を計測し、ガス流量を計測した採取ガスをガス分析手段に導いて成分分析するようにし、前記水分量とガス流量とガス成分とにより流動層内のガス化反応を評価するようにしたことを特徴とする流動層ガスサンプリング方法。
【請求項２】
前記流動層が水蒸気ガス化炉であることを特徴とする請求項１に記載の流動層ガスサンプリング方法。
【請求項３】
前記採取ガスから除去したタールを測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の流動層ガスサンプリング方法。
【請求項４】
採取フィルタを備え流動層内に挿入して流動層内のガスを採取する採取管と、該採取管で採取した採取ガス中の固体を分離するフィルタと、該フィルタの下流で採取ガスをタール分離温度に調節し内部に備えた捕集ボールにより採取ガス中のタールを付着分離するタール捕集装置と、該タール捕集装置の下流に備えて前記採取ガスを冷却する冷却部と該冷却部による冷却によって凝縮した水分を捕集する水分捕集部とを有する水分捕集装置と、該水分捕集装置の下流に備えて採取ガスの流量を計測するガス流量計と、該ガス流量計の下流に備えて採取ガスをガス分析手段に供給するためのガス供給装置と、を有することを特徴とする流動層ガスサンプリング装置。
【請求項５】
前記流動層が水蒸気ガス化炉であることを特徴とする請求項４に記載の流動層ガスサンプリング装置。
【請求項６】
前記採取フィルタが耐熱粒子の焼結材であることを特徴とする請求項４又は５に記載の流動層ガスサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層ガス化炉の流動層からガスを取り出し、この採取ガス中の水分、ガス流量、ガス成分を測定することにより、流動層のガス化反応を定量的に解析して流動層ガス化炉のガス化反応を評価するようにした流動層ガスサンプリング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動層ガス化炉における流動層内のガス組成・濃度を測定することは、流動層内で起きている反応を理解する上で重要となる。流動層内のガスをサンプリングして測定する方法としては従来よりいくつか提案されている。
【０００３】
石炭ガス化ガス中の水分を除去する際に、石炭ガス化ガス中に含まれるダスト及びタールを除去した後、エチレングリコール中で水を凝縮・吸収して捕集するようにした加圧型石炭ガス化ガス中の水分の採取方法及び装置がある（特許文献１参照）。
【０００４】
又、採取ガス中のダストを除去するボール充填フィルタ、採取ガス中の炭酸水素アンモニウムを希釈除去するスクラバー、及び、採取ガスを急冷して水分を排出する水分除湿器を備えて精製した採取ガスを分析するようにした連続ガスサンプリング装置がある（特許文献２参照）。
【０００５】
又、石炭ガス化炉からのガス化ガスを減圧弁に供給してガス流速を高めた後、冷却装置で冷却してドレンをドレンチャンバに分離したガス化ガスをガスクロマトグラフに導くようにしたガス検出装置およびこれを備えた高圧ガス発生装置がある（特許文献３参照）。
【０００６】
上記、特許文献１、２、３では、加圧型ガス化炉から取り出した採取ガスの量および成分の分析を行う際に、サンプリングラインを閉塞する物質や、ダスト、水分等の分析の障害となる不純物を除去するようにしている。
【０００７】
一方、近年では、ガス化によって生成されたチャーと流動媒体とを風箱からの空気によって高速で流動化させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する循環流動層燃焼炉と、循環流動層燃焼炉からの流動媒体を分離する分離器と、分離器で分離された流動媒体を導入し、これを水蒸気で流動化しつつ供給された原料をガス化すると共に流動媒体と原料のガス化によって生成されたチャーの一部を上記循環流動層燃焼炉に循環する流動層ガス化炉とを備えた２塔式ガス化炉と称される流動層ガス化システムがある（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２３１１３３号公報
【特許文献２】特開平０８−１２２２２８号公報
【特許文献３】特開２００５−０３７１３６号公報
【特許文献４】特許第３９３３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献４に示すように、循環流動層燃焼炉と、水蒸気ガス化を行う流動層ガス化炉とを有する２塔式ガス化炉においては、流動層ガス化炉に供給されている水蒸気がガス化反応においてどのように関与しているかを評価することは非常に重要であり、このために、流動層ガス化炉の流動層ガスを採取して、採取ガス中の水分量とガス流量とガス成分とを測定し、特に、採取ガス中の水分割合とガス成分との関係を求めることは重要である。
【００１０】
しかし、前記特許文献１、２、３に示す従来のガス化炉では、取り出した採取ガスをガスクロマトグラフ等の分析計で分析する際に障害となるダスト、タール、水分等を除去して精製した乾燥ガスのガス量や成分分析を実施するというものであり、前記特許文献４に示すような水蒸気ガス化炉における流動層のガスサンプリングを行って水分量およびガス成分を同時測定することによりガス化反応における水蒸気の関与を評価するようなことは全くできない。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなしたもので、流動層ガス化炉の流動層からガスを取り出し、この採取ガス中の水分、ガス流量、ガス成分を測定することにより、流動層のガス化反応を定量的に解析して流動層ガス化炉のガス化反応を評価するようにした流動層ガスサンプリング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、採取フィルタを備えた採取管を流動層内に挿入することにより流動層のガスを採取し、その採取ガスに含まれる固体とタールを除去した後、採取ガスを冷却して凝縮した水分を捕集することにより水分量を計測し、水分を除去した採取ガスのガス流量を計測し、ガス流量を計測した採取ガスをガス分析手段に導いて成分分析するようにし、前記水分量とガス流量とガス成分とにより流動層内のガス化反応を評価するようにしたことを特徴とする流動層ガスサンプリング方法、に係るものである。
【００１３】
上記流動層ガスサンプリング方法において、前記流動層が水蒸気ガス化炉であることは好ましい。
【００１４】
又、上記流動層ガスサンプリング方法において、前記採取ガスから除去したタールを測定することは好ましい。
【００１５】
本発明は、採取フィルタを備え流動層内に挿入して流動層内のガスを採取する採取管と、該採取管で採取した採取ガス中の固体を分離するフィルタと、該フィルタの下流で採取ガスをタール分離温度に調節し内部に備えた捕集ボールにより採取ガス中のタールを付着分離するタール捕集装置と、該タール捕集装置の下流に備えて前記採取ガスを冷却する冷却部と該冷却部による冷却によって凝縮した水分を捕集する水分捕集部とを有する水分捕集装置と、該水分捕集装置の下流に備えて採取ガスの流量を計測するガス流量計と、該ガス流量計の下流に備えて採取ガスをガス分析手段に供給するためのガス供給装置と、を有することを特徴とする流動層ガスサンプリング装置、に係るものである。
【００１６】
上記流動層ガスサンプリング装置において、前記流動層が水蒸気ガス化炉であることは好ましい。
【００１７】
又、上記流動層ガスサンプリング装置において、前記採取フィルタが耐熱粒子の焼結材であることは好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の流動層ガスサンプリング方法及び装置によれば、流動層ガス化炉の流動層から採取した採取ガス中の水分量と、採取ガスのガス流量と、ガス成分とを測定することにより、流動層内のガス化反応の状態を評価できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る流動層ガスサンプリング装置の一実施例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る流動層ガスサンプリング装置の一実施例を示す概略構成図であり、図中、１は特許文献４に示される２塔式ガス化炉における流動層ガス化炉（水蒸気ガス化炉）を示しており、該流動層ガス化炉１には、図示しない流動層燃焼炉によって加熱された循環媒体２が供給されており、又、流動層ガス化炉１の上部からは石炭或いはバイオマス等の原料３が供給され、一方、流動層ガス化炉１の下部からはガス化剤としての水蒸気４が供給されて流動層５を形成しており、流動層５に供給された原料３は、循環媒体２により加熱されつつ水蒸気４によってガス化が行われ、生成したガス化ガス６は上部出口７から取り出されるようになっている。又、流動層ガス化炉１内の循環媒体２と未反応原料のチャーは、循環流路８を介して図示しない流動層燃焼炉に供給され、流動層燃焼炉でチャーが燃焼して循環媒体の加熱を行うようになっている。
【００２２】
前記流動層ガス化炉１の流動層５内には、先端（下端）に採取フィルタ９を備えた採取管１０が上部から挿入されており、採取管１０によって流動層５内のガスを採取するようになっている。前記採取管１０は、流動層ガス化炉１内の温度（約９００℃以下程度）に耐え得る管１０ａの先端に、数μｍ前後のセラミック等の耐熱粒子を焼結した採取フィルタ９を備えている。前記採取管１０は流動層ガス化炉１の上部に備えた挿入装置１１によって流動層５内に対する採取管１０の挿入深さを変更し得るように支持されている。従って、挿入装置１１の上側の採取管１０には昇降を可能にするためのフレキシブル管を備えていることが好ましい。又、図１の採取管１０は鉛直に設けた場合を示しているが、流動層５内に傾斜して挿入するように設けられていてもよい。
【００２３】
前記採取管１０の上端にはガス供給管１２が接続されており、該ガス供給管１２には採取ガス中のダスト等の固体を分離するフィルタ１３を設けている。該フィルタ１３を備えたガス供給管１２の上流側と下流側には、パージ用加温ガス（Ｎ２）を供給するパージ配管１４が開閉バルブ１５，１６を介して接続されており、又、前記採取管１０の上端には開閉バルブ１７が設けてあり、更に、前記ガス供給管１２のフィルタ１３入口には開閉バルブ１８を備えたパージガス排出管１９が設けられており、前記採取フィルタ９とフィルタ１３をパージ用加温ガスによって逆洗できるようになっている。
【００２４】
更に、上記挿入装置１１を含む採取管１０、フィルタ１３、パージ配管１４、及びパージガス排出管１９は、第１保温手段２０によって例えば３５０〜４００℃の温度に保持されて、配管等にタールが付着するのを防止している。第１保温手段２０の加熱源としては、電気ヒータ或いは蒸気等を用いることができる。
【００２５】
前記フィルタ１３の下流のガス供給管１２には、開閉バルブ２１を介して、内部にアルミナボール等の捕集ボール２２を装入したタール捕集装置２３が設けてあり、該タール捕集装置２３は、第２保温手段２４によって例えば１２０〜２００℃の温度に保持されて、タールの捕集を行うようになっている。第２保温手段２４の加熱源としては、電気ヒータ或いは蒸気等を用いることができる。又、前記開閉バルブ２１の入口には開閉バルブ２５を有する空気供給管２６が接続されていてタール捕集装置２３に捕集したタールを空気で燃焼できるようになっており、又、タール捕集装置２３の出口には開閉バルブ２７を介して燃焼ガスを取り出す燃焼ガス排出管２８が接続されており、該燃焼ガス排出管２８からの燃焼ガスを分析装置２９に供給して、燃焼ガスのＣＯ２を測定することによりタール捕集装置２３に捕捉されたタールの量を測定するようになっている。尚、タールの計測を必要としない場合は、空気供給管２６、燃焼ガス排出管２８及び分析装置２９は省略してもよい。
【００２６】
前記タール捕集装置２３の下流のガス供給管１２には、開閉バルブ３０を介して、水分捕集装置３４を設けている。該水分捕集装置３４は、採取ガスを冷却する冷却部３１（電子冷却器）と、該冷却部３１に開閉バルブ３２を介して接続され、冷却部３１よる冷却によって凝縮した水分を捕集する水分捕集部３３とを有している。前記水分捕集部３３は、例えば重量変化によって水分量を計測するようにしたドレインポットであってもよく、又、アルコール溶液に水分を吸収させたものを分析する分析機器（カールフィッシャー水分計）であってもよい。
【００２７】
前記水分捕集装置３４の下流のガス供給管１２には、開閉バルブ３５を介して、除湿管３６（塩化カルシウム等を充填）が設けられており、採取ガス中の水分を完全に除去して乾燥した採取ガスを得るようになっている。尚、前記水分捕集装置３４によって十分な水分除去が可能な場合には、前記除湿管３６は省略することもできる。
【００２８】
前記除湿管３６の下流のガス供給管１２には、開閉バルブ３７を介して、ガス流量計３８を設けている。このガス流量計３８は乾式ガスメータ等の積算流量計であることが好ましい。
【００２９】
前記ガス流量計３８の下流のガス供給管１２には、開閉バルブ３９を介して、ポンプ４０と、流量調節計４１と、該流量調節計４１を経た採取ガスを、開閉バルブ４２を介してサンプルバック４３或いはガスクロマトグラフ等の１０ガス分析手段４４に供給するか、又は排気管４５によって排気するかを切り換えるようにした三方弁４６とからなるガス供給装置４７を備えている。図中４８は調整弁４９を備えてポンプ４０出口の採取ガスをポンプ４０入口に戻すことによって小流量の採取ガスをガス分析手段４４に供給するためのバイパス管である。又、前記ガス分析手段４４に備えた開閉バルブ４２の入口と、前記ガス流量計３８の下流に設けた開閉バルブ３９の出口との間には、開閉バルブ５０を備えた吸引管５１が接続されており、前記サンプルバック４３への採取ガスの供給の前にポンプ４０を駆動して、前記吸引管５１によりサンプルバック４３内を真空吸引できるようにしている。図中５２は前記ガス分析手段４４入口の圧力を計測する圧力計である。
【００３０】
次に、上記実施例の作動を説明する。
【００３１】
流動層ガス化炉１には、図示しない流動層燃焼炉によって加熱された循環媒体２が供給されており、流動層ガス化炉１の下部からは水蒸気４が供給されて流動層５を形成しており、この状態で流動層５に原料３を供給すると、原料３は、循環媒体２によって加熱されつつ水蒸気４によりガス化され、上部出口７からガス化ガス６が取り出される。
【００３２】
上記したようにガス化を行っている流動層ガス化炉１の流動層５内に採取管１０を挿入し、ポンプ４０を作動することにより流動層５のガスを採取する。この時、採取管１０の先端には数μｍ前後のセラミック等の耐熱粒子を焼結した採取フィルタ９を備えているので、流動層ガス化炉１内の温度（約９００℃以下程度）に耐えてガスを採取することができる。
【００３３】
採取管１０によって取り出された採取ガスは、ガス供給管１２に設けたフィルタ１３に導かれて採取ガス中のダスト等の固体が分離され、続いて、タール捕集装置２３に導かれて採取ガス中のタールが分離される。
【００３４】
この時、前記採取管１０とフィルタ１３を備えたガス供給管１２は、第１保温手段２０によって例えば３５０〜４００℃の温度に保持されているため、フィルタ１３までの流路にタールが付着する問題は防止される。
【００３５】
又、前記タール捕集装置２３は、第２保温手段２４によって例えば１２０〜２００℃の温度に保持されているため、採取ガス中のタールは捕集ボール２２に付着して捕集される。採取ガス中には２００℃以下程度の広い温度範囲で凝集するタールが含まれており、タール捕集装置２３では水分を捕集することなくタールのみを良好に捕集することが好ましい。ここで、本発明者らは、タール捕集装置２３よりも下流側の常温の系路においてタールの付着を生じることがなく、しかもタール捕集装置２３で水分が捕集されないようにするためには、タール捕集装置２３の温度を最低１２０℃とすることが好ましいことを得た。
【００３６】
フィルタ１３で固体が分離され、タール捕集装置２３でタールが分離された採取ガスは、水分捕集装置３４の冷却部３１に導かれて例えば０℃前後に冷却され、冷却によって凝縮した水分は水分捕集部３３により捕集されて水分量が計測される。
【００３７】
前記水分捕集装置３４で水分が除去された採取ガスは、ガス流量計３８に導かれて、採取ガスの流量が積算して計測される。
【００３８】
前記ガス流量計３８で流量が計測された採取ガスは、流量調節計４１で流量が調節され、三方弁４６を介してガス分析手段４４のサンプルバック４３に貯留してその後に成分の分析を行うか、又は、ガスクロマトグラフに直接供給してリアルタイムで成分の分析を行う。
【００３９】
前記採取管１０の採取フィルタ９及びガス供給管１２のフィルタ１３には目詰まりを生じる問題があるため、例えば所定の期間ごとにパージ配管１４にパージ用加温ガス（Ｎ２）を供給することにより、採取フィルタ９及びフィルタ１３の逆洗を行って目詰まりを解消することができる。
【００４０】
前記したように、流動層ガス化炉１の流動層５から採取した採取ガスは、水分捕集装置３４によって水分量が計測され、ガス流量計３８によって採取ガスの流量が計測され、ガス分析手段４４によって採取ガスの成分が分析されることにより、流動層５におけるガス組成・濃度が測定され、採取ガスの流量に対する水分量（即ち、水蒸気濃度）とガス成分との関係が求められるので、採取管１０の採取フィルタ９が設置された流動層５の位置でのガス化反応の状態を正確に評価することができる。
【００４１】
又、挿入装置１１によって流動層５内への採取管１０の挿入深さを変更して、前記と同様のサンプリングを行うことにより、流動層５の深さ方向に異なる位置でのガス化反応の状態（反応の分布）を評価することができる。
【００４２】
従って、特に図１に示したように水蒸気４によってガス化を行う流動層ガス化炉１（水蒸気ガス化炉）においては、ガス化反応への水蒸気の寄与の状態を適確に知ることができ、よって、過不足のない適量の水蒸気の供給についても判断できるようになる。
【００４３】
又、前記タール捕集装置２３によってタールの捕集を行った後に、空気供給管２６から空気をタール捕集装置２３に供給して捕集されたタールを燃焼させ、燃焼ガスを燃焼ガス排出管２８により分析装置２９に供給して、燃焼ガスのＣＯ２を測定することからタール捕集装置２３に捕捉されたタールの量を測定することができ、このようにタールの量を測定すると、タールの量も含めた状態で、前記流動層５のガス化反応の状態を評価することができる。
【００４４】
尚、本発明の流動層ガスサンプリング方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、種々の流動層ガス化炉のガスサンプリングに適用できるとこ、その他、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。
【符号の説明】
【００４５】
１  流動層ガス化炉（水蒸気ガス化炉）
５  流動層
９  採取フィルタ
１０  採取管
１１  挿入装置
１３  フィルタ
２０  第１保温手段
２２  捕集ボール
２３  タール捕集装置
２４  第２保温手段
３１  冷却部
３３  水分捕集部
３４  水分捕集装置
３８  ガス流量計
３９  開閉バルブ
４４  ガス分析手段
４７  ガス供給装置
【図１】
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