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JP2015131936A - タール改質炉 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得るタール改質炉を提供する。
【解決手段】一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂのいずれか一方の側からシンガス切換導入系統７により流通路４ａ，４ｂにシンガスを切り換えて導入すると共に、シンガスに酸化剤を一次酸化剤切換供給系統８により切り換えて供給し、一次改質炉４からシンガス切換導出系統９により導出されるシンガスを二次改質炉１０へ導き、二次改質炉１０に、導入されるシンガスに対しシンガス切換導入系統７及びシンガス切換導出系統９の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統１１を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タール改質炉に関するものである。
従来、燃料として、石炭、木質系バイオマス、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（ＣＯとＨ２の混合ガスであるシンガス）を生成する燃料ガス化設備の開発が進められている。
一般に、ガス化炉において低温（６００〜９００℃）で前記固体燃料のガス化を行った場合、生成されるシンガス中にはタールが含まれており、該タールを含むシンガスは温度を下げていくとタールが凝縮するため、シンガスを化学合成原料や発電用燃料等に利用する際には、下流側の精製プロセスや化学合成プロセス、発電プロセスにおいて、タールによる配管閉塞や機器類のトラブル、タール付着による合成触媒の被毒等といった問題が引き起こされる。
前記シンガス中に含まれるタール分を除去する技術としては、従来、酸化改質炉による高温でのタール改質がある。これは、ガス化炉において生成したシンガスを酸化改質炉へ導入し、該酸化改質炉において、前記シンガスに酸素や空気を付加して燃焼させることで温度を１０００〜１４００℃程度に上げると同時にタール分を酸化改質・水蒸気改質させるという技術である。
しかし、従来の一般的な酸化改質を用いたタール改質炉では、酸素購入費用、或いは純酸素の製造設備費用及び運転費用が嵩み、ガス化システム全体のコストアップ要因となっていた。
こうした不具合を解消するタール改質炉の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。
特許第３９８４５３５号公報 特開平１１−５１３５８号公報
特許文献１に記載のタール改質炉は、酸化改質を用いたタール改質炉ではなく、昇温されるハニカム構造の蓄熱体においてタールを分解・除去しているが、蓄熱体を回転駆動する回転機構を有するため、構造が複雑になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が短いため、充分にタール改質が行われない可能性が高くなっていた。又、回転体部におけるシンガスのリーク（漏れ）が懸念され、改質後のガス中にタール分が残る可能性があると考えられる。
又、特許文献２に記載のタール改質炉では、一方の交番導入ダクトからタールを含む排ガスを高温の蓄熱体に流通させて予熱し、炉内で更に加熱燃焼させてタールを除去し、該タール除去後の排ガスにより他方の蓄熱体を加熱して他方の交番排出ダクトから排出し、以降、排ガスの流通を交互に切り換えることで再生式のタール改質炉を構成しているが、切り換えのタイミングで未改質のタールを含む排ガスが一方の交番導入ダクトからそのまま一方の交番排出ダクトへ排出されてしまう虞があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得るタール改質炉を提供しようとするものである。
本発明は、内部にシンガスの流通路が形成される一次改質炉と、
該一次改質炉の一端側導入出口に設けられる一端側蓄熱体と、
前記一次改質炉の他端側導入出口に設けられる他端側蓄熱体と、
前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路にシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統と、
該シンガス切換導入系統にて前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路に導入されたシンガスに酸化剤を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統と、
該一次酸化剤切換供給系統にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統と、
該シンガス切換導出系統にて一次改質炉から導出されるシンガスが導入される二次改質炉と、
該二次改質炉に導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統及びシンガス切換導出系統の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統と
を備えたことを特徴とするタール改質炉にかかるものである。
前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導入系統からシンガスを一次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成することが好ましい。
又、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導出系統からシンガスを二次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を二次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成することが好ましい。
一方、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の一端側導入出口に供給されて一端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした一方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした一方の側の流通路の軸線方向へ導入し、
前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の他端側導入出口に供給されて他端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした他方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした他方の側の流通路の軸線方向へ導入するよう構成することが好ましい。
又、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導出系統からシンガスを円形断面とした二次改質炉の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉の軸線方向へ導入するよう構成することが好ましい。
更に、前記タール改質炉においては、前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体とに付着した異物を除去するスートブロワを備えることが好ましい。
本発明のタール改質炉によれば、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得るという優れた効果を奏し得る。
本発明のタール改質炉の実施例を示す概念図である。 本発明のタール改質炉の実施例における一次酸化剤切換供給系統を示す平面図である。 本発明のタール改質炉の実施例における二次酸化剤供給系統を示す平面図である。 本発明のタール改質炉が設けられるシステム全体の一例を示す概略図である。 本発明のタール改質炉の他の実施例を示す概念図である。 本発明のタール改質炉の他の実施例における一次改質炉の流通路に対するシンガスの供給方向を示す平面図である。 本発明のタール改質炉の他の実施例における二次改質炉に対するシンガスの供給方向を示す平面図である。 本発明のタール改質炉の他の実施例における一次酸化剤供給ノズルを示す図であって、（ａ）は先端部の断面図、（ｂ）は先端部の正面図である。 本発明のタール改質炉の他の実施例における一次酸化剤供給ノズルの噴出孔の数の違いによるタール濃度及び改質率の違いを示す図である。
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。
図１〜図４は本発明のタール改質炉の実施例であって、該タール改質炉が設けられるシステムは、例えば、図４に示す如く、固体燃料のガス化を行うガス化炉１と、該ガス化炉１で生成されたシンガスの除塵を行う除塵装置２と、該除塵装置２で除塵が行われたシンガスからタールを分解・除去するタール改質炉３とを備えている。このシステムでは、前記ガス化炉１において生成されたタールを含むシンガスを除塵装置２で除塵してタール改質炉３へ導入し、該タール改質炉３でタールを分解・除去し、該タールが分解・除去されたガスを図示していない前処理や精製処理を行った後、発電に利用したり、或いはメタン、ジメチルエーテル（DME）、メタノール等の合成ガス製品として利用したりするようになっている。
前記タール改質炉３は、図１に示す如く、内部にシンガスの流通路４ａ，４ｂ及び連通路４ｃが形成される断面Ｕ字形の一次改質炉４を配置し、該一次改質炉４の一端側導入出口５ａに一端側蓄熱体６ａを設け、前記一次改質炉４の他端側導入出口５ｂに他端側蓄熱体６ｂを設けてある。
前記一次改質炉４の一端側導入出口５ａと他端側導入出口５ｂには、前記一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂのいずれか一方の側から前記一次改質炉４の流通路４ａ，４ｂにシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統７を接続してある。
前記一次改質炉４の流通路４ａ，４ｂには、前記シンガス切換導入系統７にて前記一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂのいずれか一方の側から前記一次改質炉４の流通路４ａ，４ｂに導入されたシンガスに酸化剤（酸素又は空気）を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統８を接続してある。
前記一次改質炉４の一端側導入出口５ａと他端側導入出口５ｂには、前記一次酸化剤切換供給系統８にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂのいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統９を接続してある。
前記シンガス切換導出系統９にて一次改質炉４から導出されるシンガスが導入される二次改質炉１０を配置し、該二次改質炉１０には、導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統７及びシンガス切換導出系統９の切換時にのみ酸化剤（酸素又は空気）を供給する二次酸化剤供給系統１１を接続してある。
前記シンガス切換導入系統７は、前記ガス化炉１から除塵装置２（図４参照）を経てシンガスが導かれるシンガス供給ライン７Ｌを分岐させて一次改質炉４の一端側導入出口５ａと他端側導入出口５ｂに接続し、該シンガス供給ライン７Ｌの分岐点よりガス流通方向下流位置にそれぞれ、制御器１２からの切換制御信号７ｓにより交互に開閉されるシンガス導入開閉弁７ａ，７ｂを設けてなる構成を有している。
前記一次酸化剤切換供給系統８は、酸化剤が導かれる一次酸化剤供給ライン８Ｌを一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａの下方位置における流通路４ａと他端側蓄熱体６ｂの下方位置における流通路４ｂとに接続し、該各一次酸化剤供給ライン８Ｌにそれぞれ、制御器１２からの切換制御信号８ｓにより交互に開閉される一次酸化剤開閉弁８ａ，８ｂを設けてなる構成を有している。
前記シンガス切換導出系統９は、前記一次改質炉４の一端側導入出口５ａと他端側導入出口５ｂに接続したシンガス導出ライン９Ｌにそれぞれ、制御器１２からの切換制御信号９ｓにより交互に開閉されるシンガス導出開閉弁９ａ，９ｂを設け、該シンガス導出ライン９Ｌを合流させて前記二次改質炉１０に接続してなる構成を有している。
前記二次酸化剤供給系統１１は、酸化剤が導かれる二次酸化剤供給ライン１１Ｌを二次改質炉１０の上部に接続し、該二次酸化剤供給ライン１１Ｌに、制御器１２からの切換制御信号１１ｓにより開閉される二次酸化剤開閉弁１１ａを設けてなる構成を有している。
尚、前記二次改質炉１０の下流側には、シンガスを誘引する通風機１３を設けてある。又、シンガス導入前に一次改質炉４の内部を所定温度（およそ１１００℃程度）まで昇温可能となるよう、前記一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａの下方位置における流通路４ａと他端側蓄熱体６ｂの下方位置における流通路４ｂ若しくは連通路４ｃには、都市ガス等を利用した予熱バーナ（図示せず）を設けてある。
一方、前記シンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌからシンガスを一次改質炉４の軸線方向へ導入すると共に、図２に示す如く、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ライン８Ｌから酸化剤を一次改質炉４の軸線を中心とする仮想円Ｃ１の接線方向へ供給するよう構成することが、シンガスに対する酸化剤の混合を促進する上で好ましい。尚、図２の例では、前記一次酸化剤供給ライン８Ｌを一次改質炉４の円周方向へ四本接続してあるが、該一次酸化剤供給ライン８Ｌの本数はこれに限定されるものではない。
又、前記シンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌからシンガスを二次改質炉１０の軸線方向へ導入すると共に、図３に示す如く、前記二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌから酸化剤を二次改質炉１０の軸線を中心とする仮想円Ｃ２の接線方向へ供給するよう構成することが、シンガスに対する酸化剤の混合を促進する上で好ましい。尚、図３の例では、前記二次酸化剤供給ライン１１Ｌを二次改質炉１０の円周方向へ四本接続してあるが、該二次酸化剤供給ライン１１Ｌの本数はこれに限定されるものではない。
次に、上記実施例の作用を説明する。
図４に示す如く、前記ガス化炉１において生成されたタールを含むシンガスは除塵装置２で除塵されてタール改質炉３へ導入される。尚、タール改質炉３へのシンガス導入前には、都市ガス等を利用した予熱バーナ（図示せず）により、一次改質炉４の内部は所定温度（およそ１１００℃程度）まで昇温させてある。
図１においては、制御器１２からの切換制御信号７ｓにより一次改質炉４の一端側導入出口５ａへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ａが開かれ且つ一次改質炉４の他端側導入出口５ｂへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ｂが閉じられている。この状態では、制御器１２からの切換制御信号９ｓにより一端側導入出口５ａに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ａは閉じられ且つ他端側導入出口５ｂに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ｂは開かれている。このとき、制御器１２からの切換制御信号８ｓにより、一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａの下方位置における流通路４ａに接続された一次酸化剤切換供給系統８の一方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ａは開かれ且つ一次改質炉４の他端側蓄熱体６ｂの下方位置における流通路４ｂに接続された一次酸化剤切換供給系統８の他方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ｂは閉じられている。
この状態で、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉４の一端側導入出口５ａから一端側蓄熱体６ａを通過し予熱された後、酸化剤が吹き付けられて酸化改質され、流通路４ａ、連通路４ｃ、流通路４ｂを流れて他端側蓄熱体６ｂを通過し他端側導入出口５ｂから二次改質炉１０へ導かれ、該二次改質炉１０を経て下流側へ圧送される。
予め設定された所定時間（数秒〜数十秒）経過後、図１において、制御器１２からの切換制御信号７ｓにより一次改質炉４の一端側導入出口５ａへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ａが閉じられ且つ一次改質炉４の他端側導入出口５ｂへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ｂが開かれた状態となる。制御器１２からの切換制御信号９ｓにより一端側導入出口５ａに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ａは開かれ且つ他端側導入出口５ｂに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ｂは閉じられた状態となる。このとき、制御器１２からの切換制御信号８ｓにより、一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａの下方位置における流通路４ａに接続された一次酸化剤切換供給系統８の一方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ａは閉じられ且つ一次改質炉４の他端側蓄熱体６ｂの下方位置における流通路４ｂに接続された一次酸化剤切換供給系統８の他方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ｂは開かれる。
この状態では、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉４の他端側導入出口５ｂから他端側蓄熱体６ｂを通過し予熱された後、酸化剤が吹き付けられて酸化改質され、流通路４ｂ、連通路４ｃ、流通路４ａを流れて一端側蓄熱体６ａを通過し一端側導入出口５ａから二次改質炉１０へ導かれ、該二次改質炉１０を経て下流側へ圧送される。
前述の如く、前記シンガス切換導入系統７とシンガス切換導出系統９と一次酸化剤切換供給系統８とを所定時間毎に交互に切り換えることにより、前記シンガスが一端側蓄熱体６ａを通過する際に予熱されて他端側蓄熱体６ｂを通過する際に該他端側蓄熱体６ｂを加熱する作動と、前記シンガスが他端側蓄熱体６ｂを通過する際に予熱されて一端側蓄熱体６ａを通過する際に該一端側蓄熱体６ａを加熱する作動とが繰り返し行われ、シンガス中に含まれるタールの改質が連続的に行われる。
ここで、前記シンガス切換導出系統９の各シンガス導出開閉弁９ａ，９ｂの切換時にはそのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口５ａからそのまま一方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたり、或いは他端側導入出口５ｂからそのまま他方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたりすることがある。
しかし、前記シンガス切換導出系統９の各シンガス導出開閉弁９ａ，９ｂの切換時にはそのタイミングに合わせて、制御器１２からの切換制御信号１１ｓにより、二次改質炉１０の上部に接続した二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌ途中の二次酸化剤開閉弁１１ａが開かれ、酸化剤が二次改質炉１０へ供給される。このため、二次改質炉１０において未改質のタールは改質され、下流側へ排出されることが避けられる。
この結果、特許文献１に記載のタール改質炉のように、蓄熱体を回転駆動する回転機構が必要ではなくなるため、構造が簡単になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が長く取れるため、充分にタール改質を行うことが可能となる。
又、特許文献２に記載のタール改質炉とは異なり、切り換えのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口５ａからそのまま一方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたり、或いは他端側導入出口５ｂからそのまま他方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたりしたとしても、二次改質炉１０においてシンガス切換導入系統７及びシンガス切換導出系統９の切換時にのみ酸化剤が供給されるため、未改質のタールは改質され、下流側へ排出されてしまう心配もない。
一方、前記シンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌからシンガスは一次改質炉４の軸線方向へ導入されると共に、図２に示す如く、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ライン８Ｌから酸化剤は一次改質炉４の軸線を中心とする仮想円Ｃ１の接線方向へ供給される。このため、一次改質炉４の軸線方向へ導入されるシンガスに対し、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、一次改質炉４の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
又、前記シンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌからシンガスは二次改質炉１０の軸線方向へ導入されると共に、図３に示す如く、前記二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌから酸化剤は二次改質炉１０の軸線を中心とする仮想円Ｃ２の接線方向へ供給される。このため、二次改質炉１０の軸線方向へ導入されるシンガスに対しても、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、切換時に未改質のタールを含むシンガスが二次改質炉１０へ導入された場合、二次改質炉１０の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
こうして、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得る。
そして、前記シンガス切換導入系統７からシンガスを一次改質炉４の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８から酸化剤を一次改質炉４の軸線を中心とする仮想円Ｃ１の接線方向へ供給するよう構成すると、一次改質炉４の軸線方向へ導入されるシンガスに対し、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、一次改質炉４の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
又、前記シンガス切換導出系統９からシンガスを二次改質炉１０の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統１１から酸化剤を二次改質炉１０の軸線を中心とする仮想円Ｃ２の接線方向へ供給するよう構成すると、二次改質炉１０の軸線方向へ導入されるシンガスに対しても、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、切換時に未改質のタールを含むシンガスが二次改質炉１０へ導入された場合、二次改質炉１０の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
図５〜図９は本発明のタール改質炉の他の実施例であって、図中、図１〜図４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〜図４に示すものと同様である。
他の実施例では、図５及び図６に示す如く、前記シンガス切換導入系統７から一次改質炉４の一端側導入出口５ａに供給されて一端側蓄熱体６ａを通過したシンガスを、一次改質炉４の円形断面とした一方の側の流通路４ａの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８から酸化剤を一次改質炉４の前記円形断面とした一方の側の流通路４ａの軸線方向へ導入するようにしてある。同様に、前記シンガス切換導入系統７から一次改質炉４の他端側導入出口５ｂに供給されて他端側蓄熱体６ｂを通過したシンガスを、一次改質炉４の円形断面とした他方の側の流通路４ｂの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８から酸化剤を一次改質炉４の前記円形断面とした他方の側の流通路４ｂの軸線方向へ導入するようにしてある。
上記の構成とするために、前記一次改質炉４の一端側蓄熱体６ａが充填される一端側蓄熱ユニット１４ａを、一次改質炉４の流通路４ａから分割形成し、該流通路４ａ上部と前記一端側蓄熱ユニット１４ａ上部とを導入出ライン１５ａによって接続し、該導入出ライン１５ａは、円形断面とした一方の側の流通路４ａの接線方向へ延びるよう配設してある。同様に、前記一次改質炉４の他端側蓄熱体６ｂが充填される他端側蓄熱ユニット１４ｂを、一次改質炉４の流通路４ｂから分割形成し、該流通路４ｂ上部と前記他端側蓄熱ユニット１４ｂ上部とを導入出ライン１５ｂによって接続し、該導入出ライン１５ｂは、円形断面とした他方の側の流通路４ｂの接線方向へ延びるよう配設してある。
又、図７に示す如く、前記シンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌからシンガスを円形断面とした二次改質炉１０の接線方向へ供給すると共に、図５に示す如く、前記二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌから酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉１０の軸線方向へ導入するようにしてある。
前記一次改質炉４の流通路４ａ，４ｂへ酸化剤を導入するための一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ノズル８Ｎの先端部には、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す如く、複数個（例えば、四個）の噴出孔８ｈを穿設し、一次酸化剤を流通路４ａ，４ｂへ広角に吹き込んでシンガスとの混合をより促進するようにしてある。尚、前記一次酸化剤供給ノズル８Ｎは、一個の噴出孔８ｈが穿設されたノズルを複数本配設するようにしても良い。又、図示していないが、前記二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ノズルの先端部に、前述と同様に、複数個の噴出孔を穿設し、二次酸化剤を二次改質炉１０へ広角に吹き込んでシンガスとの混合をより促進するようにしたり、或いは前記二次酸化剤供給ノズルとして、一個の噴出孔が穿設されたノズルを複数本配設したりするようにしても良い。
更に、前記一端側蓄熱ユニット１４ａには、図５に示す如く、前記一端側蓄熱体６ａに付着した煤等の異物を除去するスートブロワ１６ａ，１６ａ´を配設し、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂには、前記他端側蓄熱体６ｂに付着した煤等の異物を除去するスートブロワ１６ｂ，１６ｂ´を配設してある。前記スートブロワ１６ａ，１６ａ´には、窒素等の不活性ガス或いは水蒸気といった噴射流体が導かれる噴射流体ライン１７Ｌを分岐させて接続し、該噴射流体ライン１７Ｌの分岐点より噴射流体流通方向下流位置にそれぞれ、制御器１２からの切換制御信号１７ｓにより交互に開閉される噴射流体開閉弁１７ａ，１７ａ´を設けてある。前記スートブロワ１６ｂ，１６ｂ´には、窒素等の不活性ガス或いは水蒸気といった噴射流体が導かれる噴射流体ライン１７Ｌを分岐させて接続し、該噴射流体ライン１７Ｌの分岐点より噴射流体流通方向下流位置にそれぞれ、制御器１２からの切換制御信号１７ｓにより交互に開閉される噴射流体開閉弁１７ｂ，１７ｂ´を設けてある。
前記一端側蓄熱ユニット１４ａの底部には、前記スートブロワ１６ａ，１６ａ´の作動によって落とされた煤等の異物を回収するためのポット１８ａを、必要に応じて開閉される回収弁１９ａが設けられた排出管２０ａを介して接続し、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの底部には、前記スートブロワ１６ｂ，１６ｂ´の作動によって落とされた煤等の異物を回収するためのポット１８ｂを、必要に応じて開閉される回収弁１９ｂが設けられた排出管２０ｂを介して接続してある。又、前記一次改質炉４の連通路４ｃの底部には、前記スートブロワ１６ａ，１６ａ´や前記スートブロワ１６ｂ，１６ｂ´の作動により流通路４ａ，４ｂへ流れ込んだ煤等の異物を回収するためのポット１８を、必要に応じて開閉される回収弁１９が設けられた排出管２０を介して接続してある。
前記一端側蓄熱ユニット１４ａの一端側導入出口５ａに対するシンガス供給ライン７Ｌの接続端には、一端側導入出口５ａ内部で下向きに開口するベンド管２１ａを設けると共に、前記一端側蓄熱ユニット１４ａの一端側導入出口５ａに対するシンガス導出ライン９Ｌの接続端には、一端側導入出口５ａ内部で下向きに開口するベンド管２２ａを設け、前記煤等の異物がシンガス供給ライン７Ｌやシンガス導出ライン９Ｌに蓄積しないようにしてある。同様に、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの他端側導入出口５ｂに対するシンガス供給ライン７Ｌの接続端には、他端側導入出口５ｂ内部で下向きに開口するベンド管２１ｂを設けると共に、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの他端側導入出口５ｂに対するシンガス導出ライン９Ｌの接続端には、他端側導入出口５ｂ内部で下向きに開口するベンド管２２ｂを設け、前記煤等の異物がシンガス供給ライン７Ｌやシンガス導出ライン９Ｌに蓄積しないようにしてある。
前記一端側蓄熱ユニット１４ａの内部には、支持部材２３ａ上に載置する形で前記一端側蓄熱体６ａを配設し、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの内部には、支持部材２３ｂ上に載置する形で前記他端側蓄熱体６ｂを配設するようにしてある。
次に、上記他の実施例の作用を説明する。
図４に示す如く、前記ガス化炉１において生成されたタールを含むシンガスは除塵装置２で除塵されてタール改質炉３へ導入される。
図５においては、制御器１２からの切換制御信号７ｓにより一端側蓄熱ユニット１４ａの一端側導入出口５ａへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ａが開かれ且つ他端側蓄熱ユニット１４ｂの他端側導入出口５ｂへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ｂが閉じられている。この状態では、制御器１２からの切換制御信号９ｓにより一端側導入出口５ａに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ａは閉じられ且つ他端側導入出口５ｂに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ｂは開かれている。このとき、制御器１２からの切換制御信号８ｓにより、一次改質炉４の流通路４ａの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統８の一方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ａは開かれ且つ一次改質炉４の流通路４ｂの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統８の他方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ｂは閉じられている。
この状態で、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉４の一端側導入出口５ａから一端側蓄熱体６ａを通過し予熱された後、図６に示す如く、導入出ライン１５ａから円形断面とした一方の側の流通路４ａの接線方向へ供給されると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ライン８Ｌから酸化剤が一次改質炉４の前記円形断面とした一方の側の流通路４ａの軸線方向へ導入される。このため、一次改質炉４の円形断面とした一方の側の流通路４ａ内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉４の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。しかも、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ノズル８Ｎの先端部には、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す如く、複数個（例えば、四個）の噴出孔８ｈが穿設されているため、一次酸化剤は流通路４ａへ広角に吹き込まれてシンガスとの混合がより促進される。因みに、図９に示す如く、一次酸化剤供給ノズル８Ｎの噴出孔８ｈの数を四個とした場合、一個の場合より重質タール濃度と軽質タール濃度がいずれも低くなると共に、改質率が向上することが実験によって確認されている。酸化剤が吹き付けられて酸化改質されたシンガスは、流通路４ａから、連通路４ｃ、流通路４ｂ、導入出ライン１５ｂを流れて他端側蓄熱体６ｂを通過し他端側導入出口５ｂから二次改質炉１０へ導かれ、該二次改質炉１０を経て下流側へ圧送される。
予め設定された所定時間（数秒〜数十秒）経過後、図５において、制御器１２からの切換制御信号７ｓにより一次改質炉４の一端側導入出口５ａへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ａが閉じられ且つ一次改質炉４の他端側導入出口５ｂへ通じるシンガス切換導入系統７のシンガス供給ライン７Ｌ途中のシンガス導入開閉弁７ｂが開かれた状態となる。制御器１２からの切換制御信号９ｓにより一端側導入出口５ａに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ａは開かれ且つ他端側導入出口５ｂに接続されるシンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌ途中のシンガス導出開閉弁９ｂは閉じられた状態となる。このとき、制御器１２からの切換制御信号８ｓにより、一次改質炉４の流通路４ａの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統８の一方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ａは閉じられ且つ一次改質炉４の流通路４ｂの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統８の他方の一次酸化剤供給ライン８Ｌ途中に設けられている一次酸化剤開閉弁８ｂは開かれる。
この状態では、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉４の他端側導入出口５ｂから他端側蓄熱体６ｂを通過し予熱された後、図６に示す如く、導入出ライン１５ｂから円形断面とした他方の側の流通路４ｂの接線方向へ供給されると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ライン８Ｌから酸化剤が一次改質炉４の前記円形断面とした他方の側の流通路４ｂの軸線方向へ導入される。このため、一次改質炉４の円形断面とした他方の側の流通路４ｂ内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉４の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。しかも、前記一次酸化剤切換供給系統８の一次酸化剤供給ノズル８Ｎの先端部には、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す如く、複数個（例えば、四個）の噴出孔８ｈが穿設されているため、一次酸化剤は流通路４ｂへ広角に吹き込まれてシンガスとの混合がより促進される。因みに、図９に示す如く、一次酸化剤供給ノズル８Ｎの噴出孔８ｈの数を四個とした場合、一個の場合より重質タール濃度と軽質タール濃度がいずれも低くなると共に、改質率が向上する。このことが実験によって確認されていることは前述した通りである。酸化剤が吹き付けられて酸化改質されたシンガスは、流通路４ｂから、連通路４ｃ、流通路４ａ、導入出ライン１５ａを流れて一端側蓄熱体６ａを通過し一端側導入出口５ａから二次改質炉１０へ導かれ、該二次改質炉１０を経て下流側へ圧送される。
前述の如く、前記シンガス切換導入系統７とシンガス切換導出系統９と一次酸化剤切換供給系統８とを所定時間毎に交互に切り換えることにより、前記シンガスが一端側蓄熱体６ａを通過する際に予熱されて他端側蓄熱体６ｂを通過する際に該他端側蓄熱体６ｂを加熱する作動と、前記シンガスが他端側蓄熱体６ｂを通過する際に予熱されて一端側蓄熱体６ａを通過する際に該一端側蓄熱体６ａを加熱する作動とが繰り返し行われ、シンガス中に含まれるタールの改質が連続的に行われる。
ここで、前記シンガス切換導出系統９の各シンガス導出開閉弁９ａ，９ｂの切換時にはそのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口５ａからそのまま一方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたり、或いは他端側導入出口５ｂからそのまま他方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたりすることがある。
しかし、前記シンガス切換導出系統９の各シンガス導出開閉弁９ａ，９ｂの切換時にはそのタイミングに合わせて、制御器１２からの切換制御信号１１ｓにより、二次改質炉１０の上部に接続した二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌ途中の二次酸化剤開閉弁１１ａが開かれ、酸化剤が二次改質炉１０へ供給される。このため、二次改質炉１０において未改質のタールは改質され、下流側へ排出されることが避けられる。しかも、前記シンガスは、図７に示す如く、前記シンガス切換導出系統９のシンガス導出ライン９Ｌから円形断面とした二次改質炉１０の接線方向へ供給されると共に、図５に示す如く、前記二次酸化剤供給系統１１の二次酸化剤供給ライン１１Ｌから酸化剤が前記円形断面とした二次改質炉１０の軸線方向へ導入される。このため、円形断面とした二次改質炉１０内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、二次改質炉１０の内部でもシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
この結果、図１〜図４に示す実施例と同様、図５〜図９に示す他の実施例においても、特許文献１に記載のタール改質炉のように、蓄熱体を回転駆動する回転機構が必要ではなくなるため、構造が簡単になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が長く取れるため、充分にタール改質を行うことが可能となる。
又、特許文献２に記載のタール改質炉とは異なり、切り換えのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口５ａからそのまま一方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたり、或いは他端側導入出口５ｂからそのまま他方のシンガス導出ライン９Ｌへ排出されたりしたとしても、二次改質炉１０においてシンガス切換導入系統７及びシンガス切換導出系統９の切換時にのみ酸化剤が供給されるため、未改質のタールは改質され、下流側へ排出されてしまう心配もない。
更に、前記シンガスが一端側導入出口５ａから一端側蓄熱体６ａを通過し、導入出ライン１５ａから一方の側の流通路４ａを流れ、該流通路４ａから、連通路４ｃ、流通路４ｂ、導入出ライン１５ｂを流れて他端側蓄熱体６ｂを通過し他端側導入出口５ｂへ導かれる際、前記シンガスの流通方向に合わせて、制御器１２からの切換制御信号１７ｓにより噴射流体開閉弁１７ａ，１７ｂ´が開かれ、噴射流体開閉弁１７ａ´，１７ｂが閉じられる。これにより、スートブロワ１６ａ，１６ｂ´から噴射流体が一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂとに吹き付けられ、該一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂとに付着した煤等の異物が除去される。逆に、前記シンガスが他端側導入出口５ｂから他端側蓄熱体６ｂを通過し、導入出ライン１５ｂから他方の側の流通路４ｂを流れ、該流通路４ｂから、連通路４ｃ、流通路４ａ、導入出ライン１５ａを流れて一端側蓄熱体６ａを通過し一端側導入出口５ａへ導かれる際、前記シンガスの流通方向に合わせて、制御器１２からの切換制御信号１７ｓにより噴射流体開閉弁１７ｂ，１７ａ´が開かれ、噴射流体開閉弁１７ｂ´，１７ａが閉じられる。これにより、スートブロワ１６ｂ，１６ａ´から噴射流体が他端側蓄熱体６ｂと一端側蓄熱体６ａとに吹き付けられ、該他端側蓄熱体６ｂと一端側蓄熱体６ａとに付着した煤等の異物が除去される。これにより、一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂの詰りが防止され、該一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂを通過するシンガスの圧力損失の上昇が抑制される。
前記スートブロワ１６ａ，１６ａ´及びスートブロワ１６ｂ，１６ｂ´の作動によって落とされた煤等の異物は、回収弁１９ａ，１９ｂが必要に応じて開かれることにより、排出管２０ａ，２０ｂを介してポット１８ａ，１８ｂに回収される。又、流通路４ａ，４ｂへ流れ込んだ煤等の異物は、回収弁１９が必要に応じて開かれることにより、排出管２０を介してポット１８に回収される。
ここで、前記一端側蓄熱ユニット１４ａの一端側導入出口５ａに対するシンガス供給ライン７Ｌの接続端には、一端側導入出口５ａ内部で下向きに開口するベンド管２１ａが設けられ、前記一端側蓄熱ユニット１４ａの一端側導入出口５ａに対するシンガス導出ライン９Ｌの接続端には、一端側導入出口５ａ内部で下向きに開口するベンド管２２ａが設けられているため、前記煤等の異物がシンガス供給ライン７Ｌやシンガス導出ライン９Ｌに蓄積する心配はない。同様に、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの他端側導入出口５ｂに対するシンガス供給ライン７Ｌの接続端には、他端側導入出口５ｂ内部で下向きに開口するベンド管２１ｂが設けられ、前記他端側蓄熱ユニット１４ｂの他端側導入出口５ｂに対するシンガス導出ライン９Ｌの接続端には、他端側導入出口５ｂ内部で下向きに開口するベンド管２２ｂが設けられているため、前記煤等の異物がシンガス供給ライン７Ｌやシンガス導出ライン９Ｌに蓄積する心配はない。
一方、前記流通路４ａ内での酸化剤との混合によって高温となったシンガスは、連通路４ｃ、流通路４ｂ、導入出ライン１５ｂを流れて他端側蓄熱体６ｂを通過し、該他端側蓄熱体６ｂに熱を奪われた後、他端側導入出口５ｂに流入するため、支持部材２３ｂが高温のシンガスに晒されることが避けられ、該支持部材２３ｂの劣化が抑えられる。又、前記流通路４ｂ内での酸化剤との混合によって高温となったシンガスは、連通路４ｃ、流通路４ａ、導入出ライン１５ａを流れて一端側蓄熱体６ａを通過し、該一端側蓄熱体６ａに熱を奪われた後、一端側導入出口５ａに流入するため、支持部材２３ａが高温のシンガスに晒されることが避けられ、該支持部材２３ａの劣化が抑えられる。
こうして、図５〜図９に示す他の実施例においても、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得る。
そして、他の実施例のように、前記シンガス切換導入系統７から一次改質炉４の一端側導入出口５ａに供給されて一端側蓄熱体６ａを通過したシンガスを、一次改質炉４の円形断面とした一方の側の流通路４ａの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８から酸化剤を一次改質炉４の前記円形断面とした一方の側の流通路４ａの軸線方向へ導入し、前記シンガス切換導入系統７から一次改質炉４の他端側導入出口５ｂに供給されて該他端側蓄熱体６ｂを通過したシンガスを、一次改質炉４の円形断面とした他方の側の流通路４ｂの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統８から酸化剤を一次改質炉４の前記円形断面とした他方の側の流通路４ｂの軸線方向へ導入するよう構成することは、以下の点で好ましい。即ち、一次改質炉４の円形断面とした一方の側の流通路４ａ内、並びに他方の側の流通路４ｂ内でそれぞれシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉４の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
又、前記シンガス切換導出系統９からシンガスを円形断面とした二次改質炉１０の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統１１から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉１０の軸線方向へ導入するよう構成することは、以下の点で好ましい。即ち、円形断面とした二次改質炉１０内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、二次改質炉１０の内部でもシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
更に又、前記一端側蓄熱体６ａと該他端側蓄熱体６ｂとに付着した異物を除去するスートブロワ１６ａ，１６ａ´とスートブロワ１６ｂ，１６ｂ´を備えると、一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂの詰りを防止でき、該一端側蓄熱体６ａと他端側蓄熱体６ｂを通過するシンガスの圧力損失の上昇を抑制できる。
尚、本発明のタール改質炉は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、他の実施例に示したスートブロワを図１に示す実施例の一次改質炉に設けても良いこと等、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。
３ タール改質炉
４ 一次改質炉
４ａ 流通路
４ｂ 流通路
５ａ 一端側導入出口
５ｂ 他端側導入出口
６ａ 一端側蓄熱体
６ｂ 他端側蓄熱体
７ シンガス切換導入系統
８ 一次酸化剤切換供給系統
９ シンガス切換導出系統
１０ 二次改質炉
１１ 二次酸化剤供給系統
１２ 制御器
１６ａ スートブロワ
１６ａ´ スートブロワ
１６ｂ スートブロワ
１６ｂ´ スートブロワ
Ｃ１ 仮想円
Ｃ２ 仮想円

Claims (6)

  1. 内部にシンガスの流通路が形成される一次改質炉と、
    該一次改質炉の一端側導入出口に設けられる一端側蓄熱体と、
    前記一次改質炉の他端側導入出口に設けられる他端側蓄熱体と、
    前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路にシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統と、
    該シンガス切換導入系統にて前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路に導入されたシンガスに酸化剤を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統と、
    該一次酸化剤切換供給系統にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統と、
    該シンガス切換導出系統にて一次改質炉から導出されるシンガスが導入される二次改質炉と、
    該二次改質炉に導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統及びシンガス切換導出系統の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統と
    を備えたことを特徴とするタール改質炉。
  2. 前記シンガス切換導入系統からシンガスを一次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成した請求項１記載のタール改質炉。
  3. 前記シンガス切換導出系統からシンガスを二次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を二次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成した請求項１又は２記載のタール改質炉。
  4. 前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の一端側導入出口に供給されて一端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした一方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした一方の側の流通路の軸線方向へ導入し、
    前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の他端側導入出口に供給されて他端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした他方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした他方の側の流通路の軸線方向へ導入するよう構成した請求項１記載のタール改質炉。
  5. 前記シンガス切換導出系統からシンガスを円形断面とした二次改質炉の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉の軸線方向へ導入するよう構成した請求項１又は４記載のタール改質炉。
  6. 前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体とに付着した異物を除去するスートブロワを備えた請求項１〜５の何れか一項に記載のタール改質炉。
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