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JP2011105890A - Circulating fluidized bed gasification reactor - Google Patents

Circulating fluidized bed gasification reactor Download PDF

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JP2011105890A
JP2011105890A JP2009264483A JP2009264483A JP2011105890A JP 2011105890 A JP2011105890 A JP 2011105890A JP 2009264483 A JP2009264483 A JP 2009264483A JP 2009264483 A JP2009264483 A JP 2009264483A JP 2011105890 A JP2011105890 A JP 2011105890A
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JP
Japan
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furnace
tar
fluidized bed
gasification
char
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009264483A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Murakami
高広 村上
Koichi Matsuoka
浩一 松岡
Zenzo Suzuki
善三 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

【課題】簡易な手法で、軽質なタールまでをシステム内で効率良く除去でき、しかも、タール処理にかかるコストを削減しうるガス化反応炉を提供する。
【解決手段】流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉において、前記流動層燃焼炉の後段に、多段のサイクロンを設け、一段目のサイクロンで、粒径の比較的大きいタール吸着性粒子及び/又は灰粒子を炉外へ放出し、二段目以降のサイクロンで、排ガスと分離する。
【選択図】図2
Provided is a gasification reactor that can efficiently remove even light tar in a system by a simple method and can reduce the cost of tar treatment.
A raw material is gasified in a fluidized bed gasification furnace into which a fluidized medium is introduced, and char and fluidized medium generated at the time of gasification are introduced into a subsequent fluidized bed combustion furnace to burn unburned components. At the same time, in the circulating fluidized bed gasification reactor configured to circulate the reheated fluidized medium in the reactor, a multistage cyclone is provided at the rear stage of the fluidized bed combustion furnace, Tar adsorbent particles and / or ash particles having a relatively large particle size are discharged to the outside of the furnace, and separated from exhaust gas by the second and subsequent cyclones.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、循環流動層を用いて燃料より可燃ガスを取り出すための循環流動層ガス化反応炉に関するものであって、特に炭化水素資源の、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの固体燃料又はタール分の多い液体燃料を利用したガス化炉反応炉において、低コストで軽質なタールまで吸収し、かつ、高効率で生成ガスを取り出す循環流動層ガス化炉反応炉に関する。   The present invention relates to a circulating fluidized bed gasification reactor for extracting a combustible gas from a fuel using a circulating fluidized bed, and in particular, a solid fuel such as coal, biomass, garbage, sewage sludge or the like of hydrocarbon resources. The present invention relates to a circulating fluidized bed gasifier reactor that absorbs even light tar at a low cost and takes out a product gas with high efficiency in a gasifier reactor that uses liquid fuel with a large amount of tar.

従来から、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの炭化水素資源の固体燃料を利用し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源として利用することにより、有機資源の有効活用を図る技術が開発されている。
該ガス化装置の1つとして、反応炉を流動層ガス化炉と流動層燃焼炉に分離し、流動層ガス化炉に炭化水素資源の燃料を供給して水蒸気等でガス化を行い、チャーや流動媒体は流動層燃焼炉に導入して燃焼させ、さらに、未燃焼のチャーと流動媒体は、燃焼炉の頭部からサイクロンなどで分離された後、前記流動層ガス化炉に戻すようにした、循環流動層を用いたものがある。
Conventionally, technologies have been developed to make effective use of organic resources by using solid fuels of hydrocarbon resources such as coal, biomass, garbage, and sewage sludge, and using the generated gas as a combustible gas and heat source. Yes.
As one of the gasifiers, a reaction furnace is separated into a fluidized bed gasifier and a fluidized bed combustion furnace, a hydrocarbon resource fuel is supplied to the fluidized bed gasifier and gasified with steam or the like. And the fluidized medium is introduced into the fluidized bed combustion furnace and burned, and the unburned char and fluidized medium are separated from the head of the combustion furnace by a cyclone or the like and then returned to the fluidized bed gasification furnace. Some have used a circulating fluidized bed.

こうしたガス化炉においては、ガス化に伴ってタールが発生するが、このタールを分解する必要があり、そのために種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、燃焼炉とガス化炉を分離させた反応炉において、触媒充填層をガス化炉内へ設け、高温でタールと接触させる時間を長くとることで、効率良くタールを分解させることが提案されている。
また、特許文献2では、ガス化炉後段にタール吸着塔を設け、灰やアルミナによりタールを吸着し、吸着後の粒子は燃焼炉へ供給して熱源に利用するとしている。
さらに、特許文献3では、タールを冷却して凝縮させ、粒子に効率良く吸着させることが提案されている。
In such a gasification furnace, tar is generated with gasification, but it is necessary to decompose the tar, and various proposals have been made for this purpose.
For example, Patent Document 1 discloses that in a reaction furnace in which a combustion furnace and a gasification furnace are separated, a catalyst packed bed is provided in the gasification furnace, and the time for contacting with tar at a high temperature is increased, so that tar can be efficiently obtained. It has been proposed to break down.
Further, in Patent Document 2, a tar adsorption tower is provided at the rear stage of the gasification furnace, the tar is adsorbed by ash or alumina, and the particles after adsorption are supplied to the combustion furnace and used as a heat source.
Furthermore, Patent Document 3 proposes that tar is cooled and condensed to be efficiently adsorbed on particles.

特開2007−146036号公報JP 2007-146036 A 特開2008−260801号公報JP 2008-260801 A 特開2003−251168号公報JP 2003-251168 A 特願2009−175233号Japanese Patent Application No. 2009-175233

しかしながら、特許文献1の手法では、触媒が流動媒体と混在する、あるいは、灰粒子と混在してしまうという問題がある。
また、特許文献2の手法では、アルミナのような高価な粒子を使用する場合は、流動媒体や灰粒子と混在してしまうという問題がある。
さらに、特許文献3の手法では、タール吸着後の粒子を別途タール除去室にて除去剤を用いてタールを除去させるため、そのコストがかかる。
However, the technique of Patent Document 1 has a problem that the catalyst is mixed with the fluid medium or mixed with the ash particles.
Further, in the method of Patent Document 2, when expensive particles such as alumina are used, there is a problem that they are mixed with a fluid medium or ash particles.
Furthermore, in the method of Patent Document 3, since tar is removed from the tar-adsorbed particles separately using a remover in the tar removal chamber, the cost is high.

本発明は、こうした従来技術における課題を解決して、簡易な手法で、軽質なタールまでをシステム内で効率良く除去でき、しかも、タール処理にかかるコストを削減しうるガス化反応炉を提供することを目的とするものである。   The present invention provides a gasification reactor that solves such problems in the prior art and can efficiently remove even light tar in the system by a simple method and can reduce the cost of tar treatment. It is for the purpose.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、循環流動層ガス化反応炉内で循環しているタール吸着性粒子やフライアッシュの一部を、炉の後段のタール吸収塔へ連続的に供給できるようにする、或いは更に、タールの成分の差異により、効率良く除去できる温度へ冷却する機能を設けることにより解決しうるという知見を得た。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have obtained a part of the tar-adsorbing particles and fly ash circulating in the circulating fluidized bed gasification reactor so that the tar absorption at the latter stage of the furnace. It has been found that the problem can be solved by providing a function for cooling to a temperature at which it can be continuously supplied to the tower, or further, due to the difference in tar components, the temperature can be efficiently removed.

本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
[1]流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉であって、前記流動層燃焼炉の後段に、多段のサイクロンを有することを特徴とする循環流動層ガス化反応炉。
[2]一段目のサイクロンで、粒径の比較的大きいタール吸着性粒子及び/又は灰粒子を炉外へ放出し、二段目以降のサイクロンで、排ガスと分離するようにしたことを特徴とする上記[1]の循環流動層ガス化反応炉。
[3]捕集したタール吸着性粒子及び/又は灰粒子を、熱分解ガス出口に設けられたタール吸収塔へ供給し、タールを吸着させるようにした上記[2]の循環流動層ガス化反応炉。
[4]前記タール吸収塔に、冷却機能を有したことを特徴とする上記[3]の循環流動層ガス化反応炉。
[5]前記タール吸収塔でタールを吸着したタール吸着性粒子及び/又はタールを吸着した灰粒子を、それぞれ、コーク残渣燃焼炉及びチャー残渣燃焼炉へ供給し、熱源として利用するようにしたことを特徴とする上記[3]又は[4]の循環流動層ガス化反応炉。
The present invention has been completed based on these findings, and according to the present invention, the following inventions are provided.
[1] The raw material is gasified in the fluidized bed gasification furnace into which the fluidized medium is introduced, and the char and fluidized medium generated during the gasification are introduced into the subsequent fluidized bed combustion furnace to burn the unburned portion. A circulating fluidized bed gasification reactor configured such that the reheated fluidized medium circulates in the reactor, wherein the circulating fluidized bed combustion reactor has a multistage cyclone in the subsequent stage of the fluidized bed combustion furnace. Fluidized bed gasification reactor.
[2] The first stage cyclone releases tar adsorbent particles and / or ash particles having a relatively large particle size to the outside of the furnace and is separated from exhaust gas by the second and subsequent cyclones. The circulating fluidized bed gasification reactor of [1] above.
[3] The circulating fluidized bed gasification reaction of [2], wherein the collected tar adsorbing particles and / or ash particles are supplied to a tar absorption tower provided at the pyrolysis gas outlet to adsorb the tar. Furnace.
[4] The circulating fluidized bed gasification reactor according to [3], wherein the tar absorption tower has a cooling function.
[5] The tar adsorbing particles that adsorb tar and / or the ash particles that adsorb tar are supplied to the coke residue combustion furnace and the char residue combustion furnace, respectively, and used as a heat source. The circulating fluidized bed gasification reactor according to the above [3] or [4].

本発明によれば、循環流動層ガス化反応炉内で循環しているタール吸着性粒子やフライアッシュの一部を炉の後段のタール吸収塔へ連続的に供給できるようにし、かつ、タールの成分の差異により、効率良く除去できる温度へ冷却する機能も有する。また、燃料によって、熱分解あるいはガス化と同時に生成するタール成分は異なり、その凝縮温度も異なる場合や、また、ガス化炉内にタール吸着性物質を用いても、装置の特性(ガス滞留時間や接触効率など)上、炉外へタールが飛散してしまう場合にも、新たに吸着材を供給せずに効率良く除去できる。   According to the present invention, a part of tar adsorbing particles and fly ash circulating in a circulating fluidized bed gasification reactor can be continuously supplied to a tar absorption tower downstream of the furnace, Due to the difference in components, it also has a function of cooling to a temperature that can be efficiently removed. Also, depending on the fuel, tar components generated at the same time as pyrolysis or gasification differ, and the condensation temperature differs, and even if a tar-adsorbing substance is used in the gasification furnace, the characteristics of the device (gas residence time) In addition, even if tar is scattered outside the furnace, it can be efficiently removed without supplying a new adsorbent.

本発明者らが既に提案している、循環流動層ガス化反応炉の実施の形態を模式的に示す図。The figure which shows typically embodiment of the circulating fluidized bed gasification reactor which the present inventors have already proposed. 本発明の循環流動層ガス化反応炉における多段サイクロンを模式的に示す図。The figure which shows typically the multistage cyclone in the circulating fluidized-bed gasification reactor of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

図1は、本発明者らが既に提案している(前記特許文献4参照)、循環流動層ガス化反応炉の実施の形態を模式的に示す図であって、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構成の燃料熱分解炉を備え、該燃料熱分解炉の下段の後段には、チャーガス化炉及びチャー残渣燃焼炉をこの順に連結させ、前記上段のタール吸収炉の後段には、コークガス化炉及びコーク残渣燃焼炉をこの順に連結させたものである。そして、前記チャーガス化炉及び前記コークガス化炉は、それぞれを下段及び上段に備えた二段型の流動層ガス化炉とされており、チャー残渣燃焼炉及びコーク残渣燃焼炉は、それぞれ独立した流動層燃焼炉で構成されている。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a circulating fluidized bed gasification reactor that has already been proposed by the present inventors (see Patent Document 4), and shows a tar absorption furnace and a fuel pyrolysis. A fuel pyrolysis furnace having a two-stage furnace with upper and lower furnaces, a char gasification furnace and a char residue combustion furnace are connected in this order to the lower stage of the fuel pyrolysis furnace, and the upper tar absorption furnace In the subsequent stage, a coke gasification furnace and a coke residue combustion furnace are connected in this order. The char gasification furnace and the coke gasification furnace are two-stage fluidized bed gasification furnaces provided at the lower stage and the upper stage, respectively, and the char residue combustion furnace and the coke residue combustion furnace are independently flowable. It consists of a layer combustion furnace.

図1に示した装置によれば、熱分解炉の上下が、燃料熱分解炉とタール吸収炉の二段に分離されているので、多孔質粒子等のタール吸着効率が良好な流動媒体、例えば、多孔質アルミナを、上段のタール吸収炉にのみに供給することにより、その使用量を最小限にすることができるという利点がある。さらに、燃料熱分解炉、チャーガス化炉及び残渣チャー燃焼炉とからなる系と、タール吸収炉、コークガス化炉及び残渣コーク燃焼炉からなる系とで、それぞれ別々に流動媒体を循環させることができるので、多孔質粒子などのタール吸着効率が良好な流動媒体と灰粒子とが混在しないようにすることができる。   According to the apparatus shown in FIG. 1, since the upper and lower sides of the pyrolysis furnace are separated into two stages, a fuel pyrolysis furnace and a tar absorption furnace, a fluid medium having good tar adsorption efficiency such as porous particles, for example, By supplying the porous alumina only to the upper tar absorption furnace, there is an advantage that the amount of use can be minimized. Furthermore, the fluid medium can be separately circulated in a system comprising a fuel pyrolysis furnace, a char gasification furnace and a residue char combustion furnace, and a system comprising a tar absorption furnace, a coke gasification furnace and a residue coke combustion furnace. Therefore, it is possible to prevent the fluid medium having good tar adsorption efficiency such as porous particles from mixing with the ash particles.

該図に示す循環流動層ガス化反応炉においては、上段のタール吸収炉から取り出されるタールを吸着した流動媒体は、その後段に連結されたコークガス化炉及びコーク残渣燃焼炉を経てタール吸収炉に戻され、一方、下段の燃料熱分解炉から取り出される流動媒体は、その後段に連結されたチャーガス化炉及びチャー残渣燃焼炉を経て燃料熱分解炉に戻される。   In the circulating fluidized bed gasification reactor shown in the figure, the fluid medium that adsorbs the tar taken out from the upper tar absorption furnace passes through the coke gasification furnace and the coke residue combustion furnace connected to the subsequent stage to the tar absorption furnace. On the other hand, the fluid medium taken out from the lower fuel pyrolysis furnace is returned to the fuel pyrolysis furnace through the char gasification furnace and the char residue combustion furnace connected to the subsequent stage.

多孔質アルミナなどの多孔質粒子は、原料から生成するタールを効率よく吸収するために好ましく用いられるが、高価であるという欠点を有している。
本発明の循環流動層ガス化反応炉においては、流動層ガス化炉の前段に、タール吸収炉及び燃料熱分解炉を上下に備えた二段炉構造の熱分解炉を備えているので、上段のタール吸収炉の流動媒体に、多孔質粒子等のタール吸着効率の良好なものを使用し、その下段の燃料熱分解炉に導入する流動媒体には、一般的に使用されている安価な硅砂を主成分とするものを使用することにより、高価な流動媒体の使用量を最小限にすることが可能となる。
また、チャー残渣燃焼炉とコーク残渣燃焼炉とが分離しているので、上段のタール吸収炉を循環する多孔質粒子などの流動媒体は、チャー残渣燃焼炉で発生する灰粒子と混在しないようにできる。
また、炉内でタール処理ができるので、従来、炉後段でのタール処理にかかっていたコストを削減できる。
Porous particles such as porous alumina are preferably used in order to efficiently absorb tar generated from the raw material, but have the disadvantage of being expensive.
In the circulating fluidized bed gasification reactor according to the present invention, a thermal decomposition furnace having a two-stage furnace structure having a tar absorption furnace and a fuel pyrolysis furnace at the top and bottom is provided in the upstream of the fluidized bed gasification furnace. As a fluid medium for the tar absorption furnace of the present invention, those having good tar adsorption efficiency such as porous particles are used, and the fluid medium introduced into the fuel pyrolysis furnace at the lower stage is generally used inexpensive cinnabar It is possible to minimize the amount of the expensive fluid medium used by using a material containing as a main component.
In addition, since the char residue combustion furnace and the coke residue combustion furnace are separated, fluid media such as porous particles circulating in the upper tar absorption furnace should not be mixed with the ash particles generated in the char residue combustion furnace. it can.
Further, since tar treatment can be performed in the furnace, the cost conventionally required for the tar treatment at the latter stage of the furnace can be reduced.

以下、上段のタール吸収炉の流動媒体に、多孔質アルミナのような多孔質粒子を使用し、その下段の燃料熱分解炉の流動媒体に硅砂を使用した例を用いて、原料のガス化について具体的に説明する。
バイオマス、ごみ、下水汚泥、及び石炭などのような炭化水素系固体燃料を、燃料熱分解炉へ供給するとともに、下部より、例えば、生成した燃焼ガスの一部を循環させたCOガス、或いはNやArのような不活性ガス等を、流動ガスとして導入し、燃料分解炉に供給された上記の炭化水素系固体燃料を熱分解させる。
生成した熱分解ガスと同時に生成するタールが上段のタール吸収炉へ流れる。そのタールは、タール吸収炉中の多孔質粒子に吸着され、一部はガスに改質される。タールを含まない熱分解ガスは、上部に設けられた熱分解ガスの取出し手段から取り出すことができる。
取り出された熱分解ガスは、可燃ガスの一種であって、燃料電池やガスエンジンによる発電、液体燃料などに使用される。
なお、本発明においてガス化の原料としては、前述のような炭化水素系固体燃料に限られず、タールの発生し易い液体燃料を用いることも可能である。
Hereinafter, the gasification of the raw material is performed using an example in which porous particles such as porous alumina are used for the fluid medium of the upper tar absorption furnace and dredged sand is used for the fluid medium of the lower fuel pyrolysis furnace. This will be specifically described.
A hydrocarbon-based solid fuel such as biomass, garbage, sewage sludge, and coal is supplied to the fuel pyrolysis furnace, and for example, CO 2 gas in which a part of the generated combustion gas is circulated from the lower part, or An inert gas such as N 2 or Ar is introduced as a flowing gas, and the above hydrocarbon solid fuel supplied to the fuel cracking furnace is pyrolyzed.
The tar generated simultaneously with the generated pyrolysis gas flows to the upper tar absorption furnace. The tar is adsorbed by the porous particles in the tar absorption furnace and partly reformed into gas. The pyrolysis gas containing no tar can be taken out from the pyrolysis gas take-out means provided at the top.
The extracted pyrolysis gas is a kind of combustible gas, and is used for power generation by a fuel cell or a gas engine, liquid fuel, and the like.
In the present invention, the raw material for gasification is not limited to the hydrocarbon-based solid fuel as described above, and a liquid fuel that easily generates tar can also be used.

下段の燃料熱分解炉では、熱分解後のチャー及び硅砂は、次のチャーガス化炉へ送られる。
一方、上段のタール吸収炉でタールを吸着した多孔質粒子は、チャーガス化炉上段のコークガス化炉へ送られる。
In the lower fuel pyrolysis furnace, the pyrolyzed char and cinnabar are sent to the next char gasification furnace.
On the other hand, the porous particles having adsorbed tar in the upper tar absorption furnace are sent to the upper coke gasification furnace.

チャーガス化炉及びコークガス化炉は、それぞれの炉を下段及び上段に有する二段の流動層とされており、それぞれの炉内に導入されたチャー及びコークは、下部より導入されたガス化剤とのガス化反応によりガス化される。ガス化剤としては、水蒸気或いは酸素或いは空気などが用いられる。ガス化剤と反応して生成したガス化ガスは、コークガス化炉上部から取り出される。
取り出されたガス化ガスは、可燃ガスであり、燃料電池やガスエンジンによる発電、液体燃料などに利用される。
The char gasification furnace and the coke gasification furnace are in a two-stage fluidized bed having the respective furnaces in the lower stage and the upper stage, and the char and coke introduced into each furnace are combined with the gasifying agent introduced from the lower part. It is gasified by the gasification reaction. As the gasifying agent, water vapor, oxygen, air, or the like is used. The gasification gas produced by reacting with the gasifying agent is taken out from the upper part of the coke gasification furnace.
The extracted gasification gas is a combustible gas, and is used for power generation by a fuel cell or a gas engine, liquid fuel, or the like.

また、図1に示す装置では、前述のタール吸収炉上部から取り出された熱分解ガスと、コークガス化炉上部から取り出されたガス化ガスを別個に取り出しているが、熱分解ガスとガス化ガスを、それぞれの炉出口以後で合流させてから利用してもよく、熱源として用いる際には、合流前、或いは後に、熱交換器をつけることもできる。   In the apparatus shown in FIG. 1, the pyrolysis gas taken out from the upper part of the tar absorption furnace and the gasification gas taken out from the upper part of the coke gasification furnace are taken out separately. May be used after being merged after each furnace outlet, and when used as a heat source, a heat exchanger may be attached before or after the merge.

チャーガス化炉内の残渣チャー及びコークガス化炉内の残渣コークは、それぞれ、別個に設けられた、次の残渣チャー燃焼炉及び残渣コーク燃料炉に導入される。
残渣チャー燃焼炉及び残渣コーク燃焼炉は、いずれも流動層とされており、残渣チャー及び残渣コークが完全燃焼可能な滞留時間を確保する。それぞれの燃焼炉では、導入された残渣チャー及び残渣コークを、それぞれの燃焼炉の下部より導入された空気或いは酸素と共に燃焼させ、サイクロンにより燃焼ガスをそれぞれの炉の上部に設けられた取出手段から取り出される。
The residue char in the char gasification furnace and the residue coke in the coke gasification furnace are respectively introduced into the next residue char combustion furnace and residue coke fuel furnace provided separately.
Both the residue char combustion furnace and the residue coke combustion furnace are fluidized beds, and ensure a residence time during which the residue char and residue coke can be completely combusted. In each combustion furnace, the introduced residue char and residue coke are burned together with air or oxygen introduced from the lower part of each combustion furnace, and the combustion gas is extracted from the extraction means provided in the upper part of each furnace by a cyclone. It is taken out.

図2は、本発明における多段のサイクロンを模式的に示す図である。
本発明のガス化反応炉は、図2に示すように、チャー残渣燃焼炉及びコーク残渣燃焼炉の出口は、多段サイクロンとなっている。
すなわち、コーク残渣燃焼炉の後段に設けられた多段サイクロンでは、一段目のタール吸着性粒子と燃料ガスとの分離効率を下げることで、粒径が比較的大きなタール吸着性粒子を排ガスとともに飛散させて系外へ排出し、二段目以降のサイクロンで、それぞれを分離・捕集する。捕集されたタール吸着性粒子は、熱分解ガス出口に設けられたタール吸着性粒子によるタール吸収塔へ供給し、タールを吸着させる。
同様に、チャー残渣燃焼炉の後段に設けられた多段サイクロンでは、一段目のフラアッシュと燃料ガスとの分離効率を下げることで、従来よりも粒径の大きなフライアッシュを排ガスとともに飛散させて系外に排出し、二段目以降のサイクロンでそれぞれを捕集する。捕集されたフライアッシュは、熱分解ガス出口に設けられたフライアッシュによるタール吸着塔へ供給し、タールを吸着させる。
サイクロンで分離されたタール吸着性粒子、フライアッシュがそれぞれタール吸収塔へ供給されるまでの連通路は、ループシール、L型バルブ、移動層など、マテリアルシールされていれば、いずれの型でも良い。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a multistage cyclone in the present invention.
As shown in FIG. 2, the gasification reaction furnace of the present invention has a multistage cyclone at the outlets of the char residue combustion furnace and the coke residue combustion furnace.
In other words, in the multistage cyclone provided at the rear stage of the coke residue combustion furnace, the tar adsorbent particles having a relatively large particle size are scattered together with the exhaust gas by lowering the separation efficiency between the first stage tar adsorbent particles and the fuel gas. And then separate and collect each in the second and subsequent cyclones. The collected tar-adsorptive particles are supplied to a tar absorption tower using tar-adsorptive particles provided at the pyrolysis gas outlet to adsorb tar.
Similarly, in the multistage cyclone installed at the rear stage of the char residue combustion furnace, the fly ash having a larger particle size than the conventional one is scattered together with the exhaust gas by lowering the separation efficiency of the first stage ash and fuel gas. Drain outside and collect each in the second and subsequent cyclones. The collected fly ash is supplied to a tar adsorption tower using fly ash provided at the pyrolysis gas outlet to adsorb tar.
As long as the material is sealed, such as a loop seal, an L-type valve, and a moving bed, the communication path until the tar-adsorbing particles and fly ash separated by the cyclone are supplied to the tar absorption tower may be any type. .

燃料によってガスとともに生成するタール量や成分は異なることから、それぞれのタール吸収塔内では、その成分にあわせた吸着効率の高い温度まで冷却し、効率良くタールを吸着させる。これにより、ガス化炉の特性上タールがガスとともに炉外へ飛散しても、低コスト、かつ、簡易な手法でタールを除去できる。
さらに、吸着したタール分の利用法として、フライアッシュはチャー残渣燃焼炉へ戻し、タール吸着性粒子はコーク残渣燃焼炉に戻すことにより、それぞれ熱源として有効活用できる。
なお、タール吸収塔の順は、本図ではフライアッシュによるタール吸収塔が前段にあるが、タール吸着性粒子による吸着塔が前段にあっても問題ない。
また、本手法は熱分解ガス後段に限らず、ガス化ガスの後段にこのようなタール吸収塔を設けても良い。
Since the amount and components of tar generated together with gas differ depending on the fuel, each tar absorption tower is cooled to a temperature with high adsorption efficiency in accordance with the components, and tar is efficiently adsorbed. Thereby, even if tar is scattered with the gas to the outside of the furnace due to the characteristics of the gasification furnace, the tar can be removed by a simple method with low cost.
Furthermore, as a method of using the adsorbed tar, fly ash can be returned to the char residue combustion furnace, and tar adsorbent particles can be effectively used as a heat source by returning them to the coke residue combustion furnace.
In this figure, the order of the tar absorption tower is the fly absorption ash tar absorption tower in the previous stage, but there is no problem even if the tar adsorption particle adsorption tower is in the previous stage.
Further, the present method is not limited to the latter stage of the pyrolysis gas, and such a tar absorption tower may be provided after the gasification gas.

一方、それぞれの二段目サイクロンで捕集された燃焼ガスは、主に熱源として利用されるものであり、また、前述したとおり、その一部を燃料熱分解炉に再循環させることも可能である。また、前記ガス化炉又はそれぞれの燃焼炉に導入する空気や蒸気の予熱源としても利用できる。
また、一段目のサイクロンで分離されたタール吸着性粒子及びフライアッシュは、それぞれ、前記のタール吸収炉及び燃料熱分解炉へ戻される。
なお、ガス化炉内で生じる反応(特にシフト反応)には、チャーの濃度が密接に関係しており、熱バランスが成立する範囲内であれば、未燃チャーの一部を再循環させ、ガス化炉内のチャー濃度を反応に適した濃度に制御することで、例えば、ガス化の際のH/CO比の制御が可能となり、液体燃料への利用が有利となる。
さらに、残渣チャーおよび残渣コークから得られる燃焼熱のみでは、熱バランスが成立しない場合、所定量の熱分解ガス、ガス化ガスをそれぞれの燃焼炉へ供給して燃焼させることにより、熱バランスを維持することも可能である。
On the other hand, the combustion gas collected by each second-stage cyclone is mainly used as a heat source, and as described above, a part of it can be recycled to the fuel pyrolysis furnace. is there. It can also be used as a preheating source for air or steam introduced into the gasification furnace or each combustion furnace.
Further, the tar adsorbing particles and fly ash separated by the first-stage cyclone are returned to the tar absorption furnace and the fuel pyrolysis furnace, respectively.
Note that the char concentration is closely related to the reaction (especially shift reaction) occurring in the gasification furnace, and if the heat balance is within the range, a part of the unburned char is recirculated, By controlling the char concentration in the gasification furnace to a concentration suitable for the reaction, for example, the H 2 / CO ratio at the time of gasification can be controlled, and the use for liquid fuel is advantageous.
Furthermore, if the heat balance cannot be established with only the combustion heat obtained from the residue char and residue coke, the heat balance is maintained by supplying a predetermined amount of pyrolysis gas and gasification gas to each combustion furnace and burning them. It is also possible to do.

燃料熱分解炉とチャーガス化炉、チャーガス化炉と残渣チャー燃焼炉、タール吸収炉とコークガス化炉、或いは、コークガス化炉と残渣コーク燃焼炉のそれぞれを連結する連通路は、ループシール、L型バルブ、移動層など、マテリアルシールできれば、いずれの型でも良い。   The fuel pyrolysis furnace and the char gasification furnace, the char gasification furnace and the residue char combustion furnace, the tar absorption furnace and the coke gasification furnace, or the communication passages connecting the coke gasification furnace and the residue coke combustion furnace are loop seals, L type Any type of material can be used as long as the material can be sealed, such as a valve or moving layer.

以上のとおり、図1、2に示す循環流動層ガス化反応炉においては、下段の燃料熱分解炉に導入される流動媒体及び固体燃料の系内での流れは、燃料熱分解炉→連通路→チャーガス化炉→連通路→チャー残渣燃焼炉→サイクロン→ダウンカマー→燃料熱分解炉となり、上段のタール吸収炉に導入される流動媒体の系内での流れは、タール吸収炉→連通路→コークガス化炉→連通路→コーク残渣燃焼炉→サイクロン→ダウンカマー→タール吸収炉となる。一方、系外に飛散したタール吸着性粒子の流れは、タール吸収塔→コーク残渣燃焼炉となり、系外に飛散したフライアッシュの流れは、タール吸収塔→チャー残渣となる。   As described above, in the circulating fluidized bed gasification reactor shown in FIGS. 1 and 2, the flow of the fluid medium and the solid fuel introduced into the lower fuel pyrolysis furnace is as follows. → Char gasification furnace → Communication passage → Char residue combustion furnace → Cyclone → Downcommer → Fuel pyrolysis furnace The flow of fluid medium introduced into the upper tar absorption furnace is the tar absorption furnace → Communication passage → Coke gasification furnace → communication passage → coke residue combustion furnace → cyclone → downcomer → tar absorption furnace. On the other hand, the flow of tar-adsorbing particles scattered outside the system becomes a tar absorption tower → coke residue combustion furnace, and the flow of fly ash scattered outside the system becomes a tar absorption tower → char residue.

なお、本発明において、循環流動層ガス化反応炉は、少なくとも、流動層ガス化炉及び流動層燃焼炉を有するものであれば、図1に示したものに限られるものではない。
たとえば、前記の燃料熱分解炉を、アルカリ吸収機能を有する炉とし、チャーに揮発ガス中のアルカリを積極的に吸着させてガス化触媒として利用することにより、チャーのガス化効率を向上させることができる。
また、図1に示す装置では、ガス化炉を、下段及び上段に、それぞれチャーガス化炉及びコークガス化炉を設けた二段構造とし、生成されたガス化ガスを上段のコークガス化炉から取り出すように構成されているが、これらのガス化炉を、それぞれ別個のガス化炉とし、それぞれのガス化炉の下部からガス化剤を導入し、生成されたガス化ガスを、上部に設けられた取出手段から取り出すように構成してもよい。
さらに、前記チャーガス化炉を設けず、燃料熱分解炉の後段に、チャー残渣燃焼炉が直接連結してもよい。すなわち、用いる固体燃料が、高揮発分固体燃料で、チャーをガス化させなくとも、熱分解ガスとその残渣分を燃焼させるだけで、システムの熱バランスが成立する場合、すなわち、熱分解後の残渣チャーをガス化させると、燃焼熱分が不足する場合は、本実施形態に示すように、チャーガス化炉を省略することができる。
さらにまた、コークガス化炉を設けず、タール吸収炉の後段に、コーク残渣燃焼炉が直接連結されていてもよい。
或いはさらに、チャーガス化炉、コークガス化炉を有しておらず、タール吸収炉の後段に、コーク残渣燃焼炉が直接連結され、燃料熱分解炉の後段に、チャー残渣燃焼炉が直接連結されていてもよい。
In the present invention, the circulating fluidized bed gasification reactor is not limited to that shown in FIG. 1 as long as it has at least a fluidized bed gasification furnace and a fluidized bed combustion furnace.
For example, the fuel pyrolysis furnace described above is a furnace having an alkali absorption function, and the char gasification efficiency is improved by actively adsorbing the alkali in the volatile gas to the char and using it as a gasification catalyst. Can do.
Further, in the apparatus shown in FIG. 1, the gasification furnace has a two-stage structure in which a char gasification furnace and a coke gasification furnace are provided in the lower stage and the upper stage, respectively, and the generated gasification gas is taken out from the upper coke gasification furnace. The gasification furnaces are configured as separate gasification furnaces, the gasifying agent is introduced from the lower part of each gasification furnace, and the generated gasification gas is provided at the upper part. You may comprise so that it may take out from an extraction means.
Furthermore, the char gasification furnace may not be provided, and a char residue combustion furnace may be directly connected to the rear stage of the fuel pyrolysis furnace. That is, if the solid fuel used is a high volatile solid fuel and the thermal balance of the system is established by merely burning the pyrolysis gas and its residue without gasifying the char, that is, after pyrolysis, When the residual char is gasified, the char gasification furnace can be omitted as shown in the present embodiment when the heat of combustion is insufficient.
Furthermore, the coke gasification furnace may not be provided, and the coke residue combustion furnace may be directly connected to the rear stage of the tar absorption furnace.
Alternatively, there is no char gasification furnace or coke gasification furnace, a coke residue combustion furnace is directly connected to the latter stage of the tar absorption furnace, and a char residue combustion furnace is directly connected to the latter stage of the fuel pyrolysis furnace. May be.

本発明の循環流動層ガス化反応炉におけるシステムは、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの未利用炭化水素資源の利用に適用する他に、例えば、石炭やバイオマスとのハイブリッドガス化(共ガス化)、或いは、固体燃料と液体燃料とのハイブリッドガス化にも適用することができる。   The system in the circulating fluidized bed gasification reactor of the present invention is applied to the utilization of unused hydrocarbon resources such as biomass, garbage, sewage sludge, and, for example, hybrid gasification (cogasification) with coal and biomass. Alternatively, it can also be applied to hybrid gasification of solid fuel and liquid fuel.

Claims (5)

流動媒体が導入された流動層ガス化炉内で原料をガス化させ、ガス化時に生成したチャー及び流動媒体を後段の流動層燃焼炉に導入して、未燃分を燃焼させるとともに、再加熱された流動媒体が反応炉内を循環するように構成された循環流動層ガス化反応炉であって、前記流動層燃焼炉の後段に、多段のサイクロンを有することを特徴とする循環流動層ガス化反応炉。   The raw material is gasified in the fluidized bed gasification furnace into which the fluidized medium is introduced, and the char and fluidized medium generated during the gasification are introduced into the subsequent fluidized bed combustion furnace to burn the unburned components and reheat. A circulating fluidized bed gasification reactor configured such that the fluidized medium circulated in the reaction furnace has a multistage cyclone in the subsequent stage of the fluidized bed combustion furnace. Chemical reactor. 一段目のサイクロンで、粒径の比較的大きいタール吸着性粒子及び/又は灰粒子を炉外へ放出し、二段目以降のサイクロンで、排ガスと分離するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の循環流動層ガス化反応炉。   The tar-adsorbing particles and / or ash particles having a relatively large particle size are discharged out of the furnace in the first-stage cyclone, and separated from the exhaust gas in the second-stage and subsequent cyclones. 2. The circulating fluidized bed gasification reactor according to 1. 捕集したタール吸着性粒子及び/又は灰粒子を、熱分解ガス出口に設けられたタール吸収塔へ供給し、タールを吸着させるようにした請求項2に記載の循環流動層ガス化反応炉。   The circulating fluidized bed gasification reactor according to claim 2, wherein the collected tar adsorbing particles and / or ash particles are supplied to a tar absorption tower provided at a pyrolysis gas outlet to adsorb the tar. 前記タール吸収塔に、冷却機能を有したことを特徴とする請求項3に記載の循環流動層ガス化反応炉。   The circulating fluidized bed gasification reactor according to claim 3, wherein the tar absorption tower has a cooling function. 前記タール吸収塔でタールを吸着したタール吸着性粒子及び/又はタールを吸着した灰粒子を、それぞれ、コーク残渣燃焼炉及びチャー残渣燃焼炉へ供給し、熱源として利用するようにしたことを特徴とする請求項3又は4に記載の循環流動層ガス化反応炉。   The tar adsorptive particles that adsorb tar and / or the ash particles that adsorb tar are supplied to the coke residue combustion furnace and the char residue combustion furnace, respectively, and used as a heat source. The circulating fluidized bed gasification reactor according to claim 3 or 4.
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