JP5261931B2

JP5261931B2 - 流動層ガス化方法及び装置

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Publication number: JP5261931B2
Application number: JP2006349262A
Authority: JP
Inventors: 克明松澤; 俊之須田; 光文許; 高広村上; 宏明大原; 裕信藤吉; 誠高藤; 哲也平田; 俊郎藤森; 秀久谷
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008156552A

Description

本発明は、有機物原料をガス化する流動層ガス化方法及び装置に関するものである。

流動層燃焼炉及び流動層ガス化炉を備え、流動層ガス化炉でバイオマス、石炭等の有機物原料のガス化を行い、流動層ガス化炉で生成したチャーを流動層燃焼炉で燃焼させて流動媒体を加熱し、加熱した流動媒体を前記流動層ガス化炉に戻す流動層ガス化装置が提案されている（特許文献１等参照）。

図１１は上記特許文献１の流動層ガス化装置を示したもので、図中１は、流動層ガス化炉２で有機物原料Ｍをガス化した際に生成するチャー（ガス化未反応残渣）と流動媒体とを下部に導入するようにした流動層燃焼炉であり、該流動層燃焼炉１は、下部の風箱３に空気管４により供給される空気でチャーと流動媒体を高速で流動化させつつ上昇する間にチャーを燃焼させて流動媒体を加熱する。５は流動層燃焼炉１の流動層に補助燃料を供給する補助燃料管、６は流動層燃焼炉１内上部に設けた熱回収用の熱交換器である。

流動層燃焼炉１の上部は移送管７を介してサイクロンからなる分離器８に接続されており、該分離器８は外筒９と内筒１０からなり、移送管７から外筒９内に接線方向に導入された未燃チャーと流動媒体を含む排ガスは遠心分離され、排ガス及び粒径の細かい灰分は内筒１０から排出され、粒径の粗い未燃チャーと流動媒体１１は、外筒９に接続した降下管１２により下部の流動層ガス化炉２に供給されるようになっている。

流動層ガス化炉２は、分離器８で分離された流動媒体１１を導入する導入部１３と、原料供給ライン１４から供給された有機物原料Ｍを流動媒体１１の熱でガス化するガス化部１５と、導入部１３とガス化部１５とを流動層１６内で連通して導入部１３からガス化部１５へ流動媒体１１を移送させる連通部１７と、導入部１３、連通部１７及びガス化部１５の下部に渡って形成されたボックス部１８とからなり、そのボックス部１８に水蒸気供給ライン１９を介してガス化剤としての水蒸気を供給することにより流動層１６を形成している。尚、図１１において導入部１３とガス化部１５を連通部１７で分けているのは、ガス化部１５内で有機物原料Ｍがガス化されることによる圧力の上昇によって、流動層ガス化炉２内の流動媒体１１が分離器８に逆流するのを防止するためである。

ガス化部１５では流動層１６により有機物原料が加熱されて水分（水蒸気）が除去されると共に、熱分解反応（メタンＣＨ_４、タール等の炭化水素ＣＨを含む成分、その他一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ_２、水素Ｈ_２等の熱分解ガスの生成）と、ガス化反応（水蒸気ガス化の場合は一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２が主成分のガス化ガスの生成）とが混在して起こっており、生成ガス２０は、排出管２１により回収器２２に導かれて生成ガス２０中に同伴した微粉末２３が除去された後、内管２４から導出され、例えば、加圧された後ガスタービン等に供給される。

又、ガス化部１５でガス化されなかったチャーと流動媒体の一部は、オーバーフロー管２５から流動層燃焼炉１に循環され、再度流動燃焼されるようになっている。
特開２００５−４１９５９号公報

しかし、従来の流動層ガス化装置においては、図１１に示すように流動層ガス化炉２のガス化部１５に有機物原料Ｍを供給して流動加熱によりガス化するようにしているため、有機物原料Ｍはしばらくガス化部１５の流動層１６上に滞留して熱分解反応とガス化反応とが同時進行するが、ガス化部１５で生成する生成ガスは直ちに流動層１６上部の気相に放出されることになるため、この生成ガス２０は流動層１６内部の流動媒体１１との接触による熱履歴を更に受けることがない。尚、有機物原料Ｍをガス化する初期には多量のタールが発生するが、このタールも流動媒体１１による熱履歴を受けることがないために、分解されることなく生成ガス２０と共に排出管２１から排出されることになる。

ここで、有機物原料の熱分解反応によって発生するタールは、水性ガス化反応（炭素＋水蒸気→一酸化炭素＋水素）を阻害する作用があるとの研究報告がある（林ら．Fuel.2005;Volume84:p1612）。

このように、ガス化部１５において多量のタールが発生することにより、ガス化反応が阻害されるために反応の進行が遅くなってガス生成量が減少することになり、反応時間を長く保持してガス生成量を高めるためにはガス化部１５、延いては流動層ガス化炉２の容積を大型化する必要があるという問題がある。

更に、ガス化部１５で発生するタールがガス化されずに排出されてしまうことから、ガス化部１５でのガス化率が更に低下すると共に、回収器２２から取り出される生成ガス２０をタール除去装置に導いてタールを除去するためのタール除去装置の負荷が増大するという問題がある。

一方、上記タールの発生を減少させる方法の１つとしては、有機物原料Ｍをスクリューフィーダ等を用いて流動層１６の内部に直接供給することが考えられる。この方法によれば、有機物原料Ｍと流動媒体との接触が高められるためタールが分解され、よってタールが排出されることによる問題を低減できる効果が期待できる。しかし、このようにスクリューフィーダにて有機物原料Ｍを流動層１６の内部に直接供給するようにした場合には、スクリューフィーダ内で原料の熱分解が起こり、又水蒸気の流入・凝縮によって原料がスクリューフィーダ内で固化する問題があり、このためにスクリューフィーダを安定して運転できないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、流動層ガス化炉を、有機物原料が供給されて熱分解反応によりタールを含む熱分解ガスを生成する室と、熱分解反応によって生成した熱分解残渣を導入してガス化ガスを生成する室とに分けることによって、良質のガス化ガスの生成が高められるようにした流動層ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成すると共に流動層ガス化炉に有機物原料を供給して有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出し、前記流動層ガス化炉での有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化方法であって、
前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、前記分離機からの流動媒体を前記第１室と前記第２室に分配して供給し、前記第１室に有機物原料を供給して熱分解反応により熱分解ガスを生成し、前記第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解残渣を前記第２室の流動層の内部に導入してガス化反応によりガス化ガスを生成し、前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節することにより第１室の圧力を制御して第１室の熱分解残渣を第２室に導入することを特徴とする流動層ガス化方法である。

請求項２の発明は、第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給して流動媒体の加熱に供することを特徴とする請求項１に記載の流動層ガス化方法である。

請求項３の発明は、前記有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素ＣＨ含有成分の生成量を計測する試験を予め行って生成したＣＨ基準値を求めておき、前記第１室での熱分解反応により生成する炭化水素成分の生成量を計測してＣＨ計測値を得ると共に、前記第１室に供給する前記有機物原料の供給量を計測して原料供給量を得、前記ＣＨ計測値が、原料供給量とＣＨ基準値から求められるＣＨ予測値に一致することを第１室での熱分解反応の終了の指標とし、ＣＨ計測値がＣＨ予測値に一致するように第１室の圧力を制御して熱分解残渣を第２室に導入することを特徴とする請求項１に記載の流動層ガス化方法である。

請求項４の発明は、前記第１室に供給する流動媒体の供給量を調節することにより第１室の温度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の流動層ガス化方法である。

請求項５の発明は、前記第２室でのガス化反応により生成するタールを計測してタール計測値を得、該タール計測値がタール設定値と一致することを第１室での熱分解反応の終了の指標とし、タール計測値がタール設定値に一致するように第１室の温度を制御することを特徴とする請求項４に記載の流動層ガス化方法である。

請求項６の発明は、有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成すると共に流動層ガス化炉に有機物原料を供給して有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出し、前記流動層ガス化炉での有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化装置であって、
前記流動層ガス化炉を、原料供給装置を備えて有機物原料の熱分解反応を行う第１室と、該第１室で有機物原料の熱分解反応により生成した熱分解残渣を流動層の内部に導入してガス化反応を行う第２室とで構成し、前記分離機からの流動媒体を前記第１室と前記第２室に分配して供給することにより前記第１室の温度を制御する温度制御手段と、前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出しを調節することにより第１室の圧力を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置である。

請求項７の発明は、前記第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給する熱分解ガス管を備えたことを特徴とする請求項６に記載の流動層ガス化装置である。

請求項８の発明は、前記原料供給装置は、前記第１室の流動層の上部空間に有機物原料を供給するよう設けられたことを特徴とする請求項６又は７に記載の流動層ガス化装置である。

請求項９の発明は、前記温度制御手段は、前記分離器からの流動媒体を第１室と第２室に分配して供給する分配装置と、第１室内の温度を計測する温度計と、該温度計の検出温度が設定温度になるように前記分配装置により第１室と第２室とに供給する流動媒体の供給量を制御する流動媒体制御器とからなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置である。

請求項１０の発明は、前記圧力制御手段は、前記第１室の圧力を検出する圧力計と、該圧力計の検出圧力が設定圧力になるように前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節するガス取出量制御器とからなることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置である。

請求項１１の発明は、前記有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素成分の生成量を予め求めておいたＣＨ基準値と、
前記第１室での熱分解反応により生成する炭化水素ＣＨ含有成分の生成量を計測するＣＨ計測器からのＣＨ計測値と、
前記原料供給装置により前記第１室に供給する前記有機物原料の供給量を計測する原料供給量検出器からの原料供給量とを入力し、
前記ＣＨ計測値が、前記ＣＨ基準値と前記原料供給量とから求められるＣＨ予測値に一致するように前記圧力制御手段による圧力を補正するＣＨ補正器を備えたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置である。

請求項１２の発明は、前記第２室でのガス化反応により発生するタールの発生量を計測してタール計測値を得るタール計測器と、該タール計測器からのタール計測値を入力し該タール計測値がタール設定値になるように前記温度制御手段による温度を補正するタール補正器とを備えたことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置である。

本発明の請求項１〜１３に記載の流動層ガス化方法及び装置によれば、第１室に有機物原料を供給して有機物原料の熱分解反応により熱分解ガスを生成し、この時、第１室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節して第１室の圧力を制御することによって熱分解反応で生成した熱分解残渣を第２室の流動層の内部に導入して、第２室でのガス化反応によりガス化ガスを生成させるようにしたので、第１室で熱分解反応が終了した後の熱分解残渣を第２室に導入することによって第２室でのタールの発生が極力抑えられ、よって第２室でのガス化反応が効果的に高められてガス化ガスの生成量を増加できる効果があり、これにより、第２室、延いては流動層ガス化炉を小型化できる効果がある。

更に、第１室で生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給して流動媒体の加熱に供するようにしたので、従来のように流動層燃焼炉におけるチャー（ガス化未反応残渣）の燃焼熱のみで流動媒体を加熱昇温している場合に比して、熱分解ガスの燃焼熱が加えられる分流動層燃焼炉でのチャーの燃焼量は少なくて済み、よって、燃焼減少分を見込んで流動層ガス化炉でのガス化量を増加できるため、ガス化ガスの生成量が増大するという効果がある。

又、第２室で熱分解残渣をガス化することにより生成されるガス化ガスは従来に比べてタールやメタンＣＨ_４等が少なく、一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２の割合が多くなるため、ガス化ガスの化学原料や液体燃料の合成用ガスとしての利用価値が高い良質のガス化ガスを生成できる効果がある。

又、ガス化ガスに含有されるタールが減少するため、タールを除去するための後処理の負荷も低減できる効果がある。

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は本発明を実施する形態の一例を示すフローチャートであり、基本的な構成は図１１のものと略同様であり、図１１と同一の部分には同じ符号を付して説明は省略し、以下では本発明の特徴部分についてのみ詳述する。

図１、図２に示すように、内部に流動層１６が形成される流動層ガス化炉２は、内側上部から流動層１６内部に亘って延設した分離壁３０によって第１室３１と第２室３２とに区画している。この時、流動層ガス化炉２の下部に水蒸気、空気等のガス化剤を導入するボックス部１８と前記分離壁３０の下端との間には、流動層１６内部を通して第１室３１と第２室３２とを連通するようにした連通部３３を形成している。

前記第１室３１には流動層１６上部の空間に有機物原料Ｍを供給するためのスクリューフィーダ等の原料供給装置３４を設ける。

上記構成において、原料供給装置３４により第１室３１に供給された有機物原料Ｍは、第１室３１内の流動層１６の流動媒体により加熱されて水分が除去され、更に熱分解反応が行われてメタンＣＨ_４、タール等の炭化水素ＣＨを含む成分が生成すると共に、その他一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ_２、水素Ｈ_２等を含む熱分解ガスが生成されるようにしている。

更に、第１室３１において有機物原料Ｍの熱分解反応時に生成する熱分解残渣Ｍ'は、白抜き矢印で示すように前記分離壁３０下部の連通部３３を潜るように流動層１６内部を通って第２室３２に導かれ、第２室３２の流動層１６による加熱によりガス化反応がわれ、ガス化剤が水蒸気の場合には一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２を主成分とするガス化ガスが生成されるようにしている。この時、第２室３２で生成したガス化ガス３５はガス化ガス管３６により取出され、サイクロン等からなる固形分除去装置３７に導かれて固形分が除去された後、ガス処理装置３８を介してガス化ガス取出ファン３９に導かれるようになっている。

尚、前記第１室３１と第２室３２は、前記したように流動層ガス化炉２内に分離壁３０を設けることによって形成する以外の方法によっても形成することができる。例えば、図３に示すように、別体に構成した第１室３１と第２室３２を流動層１６内の下部位置で連通路４０により接続し、第１室３１での熱分解反応によって生成した熱分解残渣Ｍ'及び流動媒体を、連通路４０を通して第２室３２に供給するようにしたり、図４に示すように、別体に構成した第１室３１と第２室３２を、第１室３１での熱分解反応によって生成した熱分解残渣Ｍ'及び流動媒体がオーバーフロー管４１によって第２室３２の流動層１６の内部に供給されるようにしたり、図５に示すように、流動層ガス化炉２内に区画壁４２を設け、且つ流動層１６内下部に連通部４３を設けるようにして第１室３１と第２室３２を形成するようにしてもよい。

ここで、前記分割壁３０や区画壁４２については、金属板としてもよいが、より耐久性を向上させるために水冷管で構成された水冷壁や、更に耐火レンガを施す構造にすることもできる。

図１の流動層燃焼炉１からの流動媒体と未燃のチャーを含む排ガスは、移送管７によりサイクロンからなる分離器８に導かれて排ガスが分離され、排ガスは排ガス処理装置４４を介して排ガスファン４５に導かれるようになっている。

上記したように、第１室３１では熱分解反応を行わせ、第２室３２では第１室３１で熱分解反応によって生成した熱分解残渣Ｍ'のガス化反応を行わせるようにするためには、先ず第１室３１で熱分解反応が終了したことを知る必要があり、このために、本発明者らは第１室３１で熱分解反応が終了したことを知ることができ指標となるものを見出すための実験を図６に示す試験装置を用いて行った。

図６に示すように、砂ａを挿入した容器ｂの下部にガス化剤として水蒸気ｃを３．０ｇ／ｍｉｎの供給量で供給することにより流動層を形成し、容器ｂを外部に設けた電気炉ｄで砂層温度が８３０℃になるように加熱した状態において、前記容器ｂの内部に石炭ｅ（褐炭）１．８ｇ（水分３５％）を一度に投入（連続投入ではない）してガス化を行い、その時生成するガスｆの水素Ｈ_２と、二酸化炭素ＣＯ_２と、一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＣＨ（ｍｏｌ−Ｃ／ｋｇ）の各ガス成分の積算量を計測した。その結果を図７に示した。

図７の結果から、水素Ｈ_２と、二酸化炭素ＣＯ_２と、一酸化炭素ＣＯは、石炭ｅの投入後時間の経過と共に生成量が増加しているのに対し、炭化水素ＣＨは石炭ｅの投入から１分前後で生成が終了しその後は生成されないことが判明した。このように炭化水素ＣＨは石炭ｅの投入から１分前後の短い時間に生成が終了してしまうので、炭化水素ＣＨの生成が完了する時点を「熱分解反応が終了した時」とすることを考えた。又、前記炭化水素ＣＨの生成が完了した時点では、水分は乾燥され、タールの発生も略終了していることが判明した。

従って、上記実験の結果から石炭単位当たりの炭化水素ＣＨの生成量であるＣＨ基準値を求めることができる。

従って、原料供給装置３４によって第１室３１に連続供給する有機物原料Ｍの供給量を計測して該原料供給量に前記ＣＨ基準値を掛け算すると、第１室３１で生成される炭化水素ＣＨの生成量を推測することができる。従って、第１室３１で生成される炭化水素ＣＨの生成量を計測して、このＣＨ計測値が前記ＣＨ推測値に一致するように炭化水素ＣＨの生成量を調整すれば、第１室において熱分解反応が終了した状態に保持できることを見出した。

上記第１室３１で生成する炭化水素ＣＨの生成量を調整するための構成としては、第１室３１の温度を制御するための温度制御手段１００と、第１室３１の圧力を制御して第１室３１で生成した熱分解残渣Ｍ'が第２室３２に導かれるまでの滞留時間を制御するための圧力制御手段２００とを備えた。

温度制御手段１００は次のように構成される。

図１、図２に示す如く、分離器８で分離した未燃チャーを含む流動媒体１１が降下する降下管１２には分配装置４６を設け、該分配装置４６には分配管４７，４８を接続して、降下管１２の流動媒体１１を第１室３１と第２室３２とに分配して供給するようにしている。

更に、前記第１室３１には、該第１室３１内上部の温度を検出する温度計４９を設置し、該温度計４９の検出温度が所定の設定温度Ｔ_１になるように前記分配装置４６により分配管４７，４８を介して第１室３１と第２室３２とに供給する流動媒体１１の供給量を制御する流動媒体制御器５０を設けている。ここで、前記流動媒体制御器５０に設定される設定温度Ｔ_１は、例えば９００℃前後に加熱されて降下してくる流動媒体１１が第１室３１に供給されることによって、有機物原料Ｍの乾燥と熱分解反応を行う温度である。即ち、設定温度Ｔ_１は例えば第２室３２でのガス化反応時の温度である約８３０℃よりも低い温度の６００〜８００℃前後（例えば７８０℃）に設定するようにしている。

尚、前記分配装置４６には、図８に示すように降下管１２にコントロールダンパ５１を備えてダンパ角度を流動媒体制御器５０からの信号によって制御するようにしたものを用いることができ、又、図９に示すように降下管１２から水平分岐した分配管４７，４８の水平部の夫々の内底部に空気を噴出するバブリング装置５２ａ，５２ｂを設け、各バブリング装置５２ａ，５２ｂに空気を供給する空気管５３ａ，５３ｂに設けた流量調節弁５４ａ，５４ｂの夫々の開度を流動媒体制御器５０からの信号によって制御するようにしたもの等を用いることができる。図９の場合はバブリング装置５２ａ，５２ｂからの空気の噴出を停止すると対応する分配管４７，４８への流動媒体１１の供給は停止され、空気の噴出を増加すると流動媒体１１の供給量は増加されるので、これによって流動媒体１１の振り分けが調整できる。

又、圧力制御手段２００は次のように構成される。

図１の第１室３１の上部には、第１室３１内で生成した熱分解ガス５５を取り出すための熱分解ガス管５６が接続されている。熱分解ガス管５６から取り出される熱分解ガス５５は、種々の利用場所に供給するようにしてもよく、又、第２室３２からのガス化ガス３５と混合して用いてもよく、又廃棄してもよい。図１の形態では熱分解ガス管５６はエゼクタ５７を介して流動層燃焼炉１に供給するようにしている。エゼクタ５７には空気管５８を介して空気を供給する空気ファン５９を接続し、該空気ファン５９によってエゼクタ５７に空気を供給することにより熱分解ガス管５６の熱分解ガス５５を同伴して流動層燃焼炉１に供給できるようにしている。更に、第１室３１には、該第１室３１内の圧力を検出する圧力計６０を設け、該圧力計６０の検出圧力が所定の設定圧力Ｐ_１に保持されるように空気ファン５９を制御し、エゼクタ５７により第１室３１から取り出す熱分解ガス５５の取出量を調整して第１室３１の圧力を制御するようにしたガス取出量制御器６１を設けている。

そして、図１においては、前記したように第１室３１において生成される炭化水素成分（ＣＨ）を指標として、圧力制御手段２００による圧力の制御を補正する構成を備えている。

即ち、第１室３１での熱分解反応により生成する炭化水素ＣＨ含有成分の生成量を計測するＣＨ計測器６２を設けると共に、原料供給装置３４により第１室３１に供給する有機物原料Ｍの供給量を計測する原料供給量検出器６３を設け、前記ＣＨ計測器６２からのＣＨ計測値６４と、原料供給量検出器６３からの原料供給量６５と、前記実験によって得たＣＨ基準値６６とをＣＨ補正器６７に入力している。ＣＨ補正器６７では、前記原料供給量６５とＣＨ基準値６６とを掛け算することによってＣＨ予測値Ｘを求め、前記ＣＨ計測値６４がＣＨ予測値Ｘに一致するようにガス取出量制御器６１に制御信号６８を送って圧力制御手段２００による圧力の制御を補正するようにしている。即ち、ＣＨ計測値６４がＣＨ予測値Ｘに対して低い場合には、第１室３１での有機物原料Ｍの滞留時間が短いのであるから、ガス取出量制御器６１の設定圧力Ｐ_１を低くする補正を行って、空気ファン５９によるエゼクタ５７への空気供給量を減少させて第１室３１から流動層燃焼炉１に供給する熱分解ガス５５の取り出し量を減少させるようにしている。これにより、第１室３１の圧力が下げられて第１室３１での有機物原料Ｍの滞留時間が長く保持されることによって第１室３１での熱分解反応が終了されるようになる。

尚、上記形態では第１室３１の熱分解ガス５５を、エゼクタ５７と空気ファン５９により流動層燃焼炉１に供給する場合について示したが、熱分解ガス管５６に図示しない取出ファンを設置し、該取出ファンによって分解ガス５５を流動層燃焼炉１に供給するようにしたり、或いは分解ガス５５を他の利用場所に供給したり、又、第２室３２からのガス化ガス３５に混合するように供給したり、或いは廃棄場所に供給するようにしてもよく、又、この場合にも前記したガス取出量制御器６１及びＣＨ補正器６７の構成を備えて第１室３１の圧力を制御することができる。

図１に示した形態の作動を説明する。

流動層ガス化炉２底部のボックス部１８に水蒸気、空気等のガス化剤を供給して流動層１６を形成した状態において、原料供給装置３４により第１室３１に有機物原料Ｍを定量供給する。この時、第１室３１内上部の温度を検出している温度計４９からの検出温度が流動媒体制御器５０に入力され、該流動媒体制御器５０は、前記温度計４９による第１室３１の検出温度が有機物原料Ｍの熱分解に適した設定温度Ｔ_１（例えば７８０℃）になるように前記分配装置４６を調節して分配管４７，４８を介し第１室３１と第２室３２とに分配する流動媒体１１の供給量を制御する。

更に、第１室３１内上部の圧力を検出している圧力計６０からの検出圧力がガス取出量制御器６１に入力され、該ガス取出量制御器６１は、前記圧力計６０による検出圧力が第１室３１で有機物原料Ｍが熱分解されるのに適した滞留時間になるように設定された設定圧力Ｐ_１を保持するように、空気ファン５９によりエゼクタ５７に送る空気量を調節して第１室３１から流動層燃焼炉１に導く熱分解ガス５５の取出量を制御する。

上記温度制御手段１００の流動媒体制御器５０によって第１室３１の温度が設定温度Ｔ_１に制御され、圧力制御手段２００のガス取出量制御器６１によって第１室３１の圧力が設定圧力Ｐ_１に制御されることにより、第１室３１に供給された有機物原料Ｍは、第１室３１内での滞留時間が調整されることにより熱分解反応が行われ、熱分解反応で生成した熱分解ガス５５はエゼクタ５７により流動層燃焼炉１に供給され、熱分解反応で生成した熱分解残渣Ｍ'は白抜き矢印のように分離壁３０下部の連通部３３を潜るように流動層１６の内部を通って第２室３２に導かれる。

上記において、第１室３１で熱分解反応が終了していない場合には、第２室３２において熱分解反応が起こることによって第２室３２で発生するタールが増加してしまう問題がある。

しかし、図１に示すように、第１室３１で生成される炭化水素ＣＨの生成量を計測しているＣＨ計測器６２からのＣＨ計測値６４と、原料供給量検出器６３からの原料供給量６５と、前記実験によって得られたＣＨ基準値６６とをＣＨ補正器６７に入力しており、ＣＨ補正器６７は、前記原料供給量６５とＣＨ基準値６６とを掛け算することによってＣＨ予測値Ｘを求め、前記ＣＨ計測値６４がＣＨ予測値Ｘに一致するようにガス取出量制御器６１に制御信号６８を送って圧力制御手段２００による圧力の制御を補正している。

従って、ＣＨ計測値６４がＣＨ予測値Ｘに対して低い場合には、第１室３１での有機物原料Ｍの滞留時間が短いので、ガス取出量制御器６１の設定圧力Ｐ_１を低くする補正を行い、これにより空気ファン５９によるエゼクタ５７への空気供給量を減少して第１室３１から流動層燃焼炉１に供給する熱分解ガス５５の取り出し量を減少することによって、第１室３１の圧力を低下させる。これにより、第１室３１での有機物原料Ｍの滞留時間が長く保持されることにより第１室３１での熱分解反応が終了するようになる。

上記したように、第１室３１に有機物原料Ｍを供給して有機物原料Ｍの熱分解反応により熱分解ガス５５を生成させ、生成した熱分解ガス５５は流動層燃焼炉１に供給して流動媒体の加熱に供し、この時、流動層燃焼炉１に供給する熱分解ガス５５の供給量を調整して第１室３１の圧力を制御することで熱分解反応により生成した熱分解残渣Ｍ'を第２室３２の流動層１６の内部に導入し、第２室３２でのガス化反応によりガス化ガス３５を生成させるようにしたので、第１室３１で熱分解反応が終了した後の熱分解残渣Ｍ'が第２室３２に導入されるために、第２室３２でのタールの発生量が極力抑えられ、よって第２室３２でのガス化反応が効果的に行われることによってガス化ガス３５の生成量を増加することができ、これにより、第２室３２、延いては流動層ガス化炉２を小型化することができる。

この時、ＣＨ補正器６７によりガス取出量制御器６１を制御して圧力制御手段２００による圧力の制御を補正するので、第１室３１において熱分解反応が終了するように制御できるため、第２室３２においてガス化反応によって利用価値の高い良質のガス化ガス３５が生成されるようになる。

更に、第１室３１で生成した熱分解ガス５５を流動層燃焼炉１に供給して流動媒体の加熱に供するようにしたので、従来のように流動層燃焼炉におけるチャー（ガス化未反応残渣）の燃焼熱のみで流動媒体を加熱昇温している場合に比して、熱分解ガス５５の燃焼熱が加えられる分流動層燃焼炉１でのチャーの燃焼量は少なくて済み、よって、燃焼減少分を見込んで流動層ガス化炉でのガス化量を増加できるため、ガス化ガス３５の生成量が増大するようになる。よって燃焼に利用されないチャーは再び第２室３２に導かれてガス化されることになるため、ガス化ガス３５の生成量が増大するようになる。

又、第２室３２において熱分解残渣Ｍ'をガス化して生成されるガス化ガス３５は従来に比べてタールやメタンＣＨ_４等が少なく、一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ_２の割合が多くなるため、ガス化ガス３５は化学原料や液体燃料の合成用ガスとしての利用価値が高められる。

又、ガス化ガス３５に含有されるタールが減少するため、タールを除去するための後処理の負荷も低減されるようになる。

図１０は本発明を実施する形態の他の例を示したものである。図１０では、図１に示した炭化水素ＣＨを指標とすることに代えて、第２室３２でのガス化反応時に発生するタールの発生量を指標として第１室３１で熱分解反応が終了したことを判断するようにしている。即ち、ガス化ガス管３６から取り出されるガス化ガス３５中のタールの発生量を計測するタール計測器６９を設け、該タール計測器６９からのタール計測値７０をタール補正器７２に入力している。

タール補正器７２は、第１室３１の温度が流動媒体制御器５０によって設定温度Ｔ_１に保持されている場合には、ガス取出量制御器６１に制御信号７３を送って圧力制御手段２００による圧力の制御を補正することで第１室３１での熱分解反応が終了するように制御し、又、第１室３１の圧力がガス取出量制御器６１によって設定圧力Ｐ_１に保持されている場合には、流動媒体制御器５０に制御信号７４を送って温度制御手段１００による温度の制御を補正することで第１室３１での熱分解反応が終了するように制御することができる。

ここで、前記タールは連続して計測することができないため、タールを指標としたタール補正器７２による制御の補正は間欠的となるが、この方法においても、第１室３１で熱分解反応が終了するように制御することができる。

更に、図１に示した炭化水素ＣＨを指標とするＣＨ補正器６７を備える構成に加えて、図１０に示したタールを指標とするタール補正器７２をバックアップとして備えた構成とすれば、第１室３１での熱分解反応が終了するように更に高い精度で制御することができるようになる。

尚、本発明の流動層ガス化方法及び装置は、種々の有機物原料のガス化に用い得ること、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。

本発明を実施する形態の一例を示すフローチャートである。図１における流動層ガス化炉部の詳細説明図である。本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の構成の一例を示す概略側面図である。本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の他の構成例を示す概略側面図である。本発明における第１室と第２室からなる流動層ガス化炉の更に他の構成例を示す概略側面図である。本発明において熱分解反応が終了したことを知るための実験に用いた試験装置の概略図である。図６の試験装置による実験で得られた各ガス成分の積算量を示す線図である。本発明における分配装置の一例を示す側面図である。本発明における分配装置の他の例を示す側面図である。本発明を実施する形態の他の例を示すフローチャートである。従来の流動層ガス化装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

１流動層燃焼炉
２流動層ガス化炉
８分離器
１１流動媒体
１６流動層
３１第１室
３２第２室
３４原料供給装置
３５ガス化ガス
４６分配装置
４９温度計
５０流動媒体制御器
５５熱分解ガス
５６熱分解ガス管
６０圧力計
６１ガス取出量制御器
６２ＣＨ計測器
６３原料供給量検出器
６４ＣＨ計測値
６５原料供給量
６６ＣＨ基準値
６７ＣＨ補正器
６９タール計測器
７０タール計測値
７２タール補正器
１００温度制御手段
２００圧力制御手段
Ｍ有機物原料
Ｍ' 熱分解残渣
Ｐ_１設定圧力
Ｔ_１設定温度
ＸＣＨ予測値

Claims

有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成すると共に流動層ガス化炉に有機物原料を供給して有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出し、前記流動層ガス化炉での有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化方法であって、
前記流動層ガス化炉を第１室と第２室とで構成し、前記分離機からの流動媒体を前記第１室と前記第２室に分配して供給し、前記第１室に有機物原料を供給して熱分解反応により熱分解ガスを生成し、前記第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解残渣を前記第２室の流動層の内部に導入してガス化反応によりガス化ガスを生成し、前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節することにより第１室の圧力を制御して第１室の熱分解残渣を第２室に導入することを特徴とする流動層ガス化方法。
前記第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを前記流動層燃焼炉に供給して流動媒体の加熱に供することを特徴とする請求項１に記載の流動層ガス化方法。
前記有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素ＣＨ含有成分の生成量を計測する試験を予め行って生成したＣＨ基準値を求めておき、前記第１室での熱分解反応により生成する炭化水素成分の生成量を計測してＣＨ計測値を得ると共に、前記第１室に供給する前記有機物原料の供給量を計測して原料供給量を得、前記ＣＨ計測値が、原料供給量とＣＨ基準値から求められるＣＨ予測値に一致することを第１室での熱分解反応の終了の指標とし、ＣＨ計測値がＣＨ予測値に一致するように第１室の圧力を制御して熱分解残渣を第２室に導入することを特徴とする請求項１に記載の流動層ガス化方法。
前記第１室に供給する流動媒体の供給量を調節することにより第１室の温度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の流動層ガス化方法。
前記第２室でのガス化反応により生成するタールを計測してタール計測値を得、該タール計測値がタール設定値と一致することを第１室での熱分解反応の終了の指標とし、タール計測値がタール設定値に一致するように第１室の温度を制御することを特徴とする請求項４に記載の流動層ガス化方法。
有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体とを流動層燃焼炉に導入して流動させつつチャーを燃焼させて流動媒体を加熱し、前記流動層燃焼炉からの流動媒体を分離器により分離し、分離した流動媒体を流動層ガス化炉に導入して流動層を形成すると共に流動層ガス化炉に有機物原料を供給して有機物原料のガス化により生成する生成ガスを取り出し、前記流動層ガス化炉での有機物原料のガス化時に生成したチャーと流動媒体の一部を前記流動層燃焼炉に循環するようにしている流動層ガス化装置であって、
前記流動層ガス化炉を、原料供給装置を備えて有機物原料の熱分解反応を行う第１室と、該第１室で有機物原料の熱分解反応により生成した熱分解残渣を流動層の内部に導入してガス化反応を行う第２室とで構成し、前記分離機からの流動媒体を前記第１室と前記第２室に分配して供給することにより前記第１室の温度を制御する温度制御手段と、前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出しを調節することにより第１室の圧力を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置。
前記第１室で有機物原料が熱分解反応して生成した熱分解ガスを流動層燃焼炉に供給する熱分解ガス管を備えたことを特徴とする請求項６に記載の流動層ガス化装置。
前記原料供給装置は、前記第１室の流動層の上部空間に有機物原料を供給するよう設けられたことを特徴とする請求項６又は７に記載の流動層ガス化装置。
前記温度制御手段は、前記分離器からの流動媒体を第１室と第２室に分配して供給する分配装置と、第１室内の温度を計測する温度計と、該温度計の検出温度が設定温度になるように前記分配装置により第１室と第２室とに供給する流動媒体の供給量を制御する流動媒体制御器とからなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置。
前記圧力制御手段は、前記第１室の圧力を検出する圧力計と、該圧力計の検出圧力が設定圧力になるように前記第１室で生成した熱分解ガスの取り出し量を調節するガス取出量制御器とからなることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置。
前記有機物原料の単位量を流動加熱した際に生成する炭化水素成分の生成量を予め求めておいたＣＨ基準値と、
前記第１室での熱分解反応により生成する炭化水素ＣＨ含有成分の生成量を計測するＣＨ計測器からのＣＨ計測値と、
前記原料供給装置により前記第１室に供給する前記有機物原料の供給量を計測する原料供給量検出器からの原料供給量とを入力し、
前記ＣＨ計測値が、前記ＣＨ基準値と前記原料供給量とから求められるＣＨ予測値に一致するように前記圧力制御手段による圧力を補正するＣＨ補正器を備えたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置。
前記第２室でのガス化反応により発生するタールの発生量を計測してタール計測値を得るタール計測器と、該タール計測器からのタール計測値を入力し該タール計測値がタール設定値になるように前記温度制御手段による温度を補正するタール補正器とを備えたことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１つに記載の流動層ガス化装置。