JP6327698B2 - 循環流動層ガス化システム - Google Patents

Description

本発明は、水分を含んだガス化原料が流動層ガス化炉に投入される循環流動層ガス化システムに関する。

近年、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの炭化水素資源のガス化原料を利用し、生成したガスを可燃ガスとして供給する流動層ガス化装置の開発が進められている。

流動層ガス化装置は、砂等の加熱した流動媒体粒子によってガス化原料を加熱しつつガス化剤として水蒸気を供給することによって流動層を形成している。そして、流動層ガス化装置は、流動層によってガス化原料をガス化してガス化ガスを製造している。

流動層ガス化装置としては、例えば、特許文献１に開示されるように、流動層ガス化炉とは別に流動媒体粒子を加熱する流動層燃焼炉を備え、該流動層燃焼炉によって加熱した流動媒体粒子を流動層ガス化炉に供給する二塔式の循環流動層ガス化システムが知られている。

特開２０１３−１３６６５５号公報

ここで、流動層ガス化炉に投入されるガス化原料には、例えば、下水汚泥のように水分を多く含んだ含水ガス化原料がある。以下、含水ガス化原料とは、石炭、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの炭化水素資源のガス化原料で水を含んだガス化原料のことをいう。そのような含水ガス化原料を流動層ガス化炉に投入すると、流動層の温度を下げてしまい、吸熱反応であるガス化原料のガス化に必要な温度が維持できなくなるおそれがあった。

そのため、このような含水ガス化原料を流動層ガス化炉に投入するときは、事前に乾燥させて水分を減らす必要があり、そのために乾燥装置が必要であった。また、この際、含水ガス化原料から得られた水分は、廃棄しており、資源の有効利用の観点から改善の余地を残していた。

そこで、本発明は、含水ガス化原料が流動層ガス化炉に投入される循環流動層ガス化システムにおいて、水を含んだガス化原料を流動層ガス化炉に投入する前に水分を減らすとともにその水分を有効に利用できる循環流動層ガス化システムを提供することを目的とする。

本発明の循環流動層ガス化システムは、流動媒体粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動媒体粒子を排出する流動層燃焼炉と、前記流動層燃焼炉によって加熱された流動媒体粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、前記粒子分離器によって分離された流動媒体粒子の熱によって、含水ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、前記流動層ガス化炉に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、を備えている。前記流動層燃焼炉からの排ガスの熱を前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料に移動させ含水ガス化原料から水蒸気を発生させる熱交換器と、前記熱交換器で発生した水蒸気を前記水蒸気供給手段へ導く水蒸気供給流路と、を有する蒸気発生手段を更に備え、前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料を一端側から他端側へ搬送する原料搬送管においては、内部に配設されたスクリューコンベヤにより、外部と前記原料搬送管の内部を含水ガス化原料でシールしつつ含水ガス化原料を運搬するよう構成されていることを特徴としており、前記熱交換器は、前記原料搬送管と、該原料搬送管の周りを囲むように配され、前記流動層燃焼炉からの排ガスが流される外側管とを備えた二重管式とし、前記原料搬送管は、他端側が前記水蒸気供給流路と接続され、前記スクリューコンベヤは、他端側のピッチが一端側から中央部までのピッチよりも広くなっている構成とすることができる。
また、前記熱交換器は、上部に前記原料搬送管が接続され、頂部に前記水蒸気供給路が接続され、下端に前記流動層燃焼炉へ含水ガス化原料を供給する原料供給管が接続され、内部の流路に沿って前記粒子分離器からの排ガスを導く排ガス管の一部が配設されている垂直原料搬送路を備え、該垂直原料搬送路においては、前記原料搬送管から投入された含水ガス化原料を下方側に溜め、流路の下部に配設されたスクリューコンベヤにより、含水ガス化原料を前記原料供給管に搬送するよう構成することができる。

本発明の循環流動層ガス化システムは、水を含んだガス化原料を流動層ガス化炉に投入する前に水分を減らせるとともにその水分を有効に利用することができる。

本発明の循環流動層ガス化システムを示す概略構成図である。 循環流動層ガス化システムの変形例の一部を示す概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態例（以下、実施例と称する）を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の循環流動層ガス化システム１を示す概略構成図である。循環流動層ガス化システム１は、流動層燃焼炉２と、サイクロン３（粒子分離器）と、流動層ガス化炉４と、原料供給管５（原料供給手段）と、散気装置６（水蒸気供給手段）と、蒸気発生手段７と、を備えている。

流動層燃焼炉２には、流動層ガス化炉４からオーバフロー管８を介して流動媒体粒子１２とチャー１１が投入される。流動層燃焼炉２は、下部から空気１０が供給されておりチャー１１の燃焼によって流動媒体粒子１２を加熱し、上部から排ガス１３とともに流動媒体粒子１２を排出する。ここで、流動媒体粒子１２は、例えば硅砂、ジルコンサンド、アルミナ等である。この流動媒体粒子１２を含んだ排ガス１３は、サイクロン３へ導かれる。

サイクロン３は、流動層燃焼炉２によって加熱された流動媒体粒子１２を排ガス１３から分離する。そして、分離された流動媒体粒子１２は、ダウンカマー９によって流動層ガス化炉４へ導かれる。流動媒体粒子１２が分離された排ガス１３は、排ガス管２１によって次の工程へ導かれる。

流動層ガス化炉４は、下部に散気装置６を備えている。この散気装置６には、例えば、ボイラＢからの水蒸気１４がガス化剤として供給されている。そして、散気装置６は、水蒸気１４を供給することによって流動層ガス化炉４の流動媒体粒子１２を流動化させて流動層１５を形成する。

そして、流動層ガス化炉４は、原料供給管５を一方側に有している。この原料供給管５は、流動層ガス化炉４の内部へ含水ガス化原料１６を供給する。流動層ガス化炉４へ供給された含水ガス化原料１６は、流動媒体粒子１２の熱を受けて水蒸気１４の存在下でガス化しガス化ガス１７を生成する。すなわち、含水ガス化原料１６は、流動層１５の熱と水蒸気１４によって吸熱反応を起こし、ガス化してガス化ガス１７を生成する。

また、流動層ガス化炉４は、オーバフロー管８を他方側に有している。このオーバフロー管８は、流動層１５を構成する流動媒体粒子１２とチャー１１を流動層燃焼炉２へ導くようになっている。ここで、チャー１１とは、未反応のガス化原料のことをいう。

蒸気発生手段７は、熱交換器１８と、水蒸気供給流路２０と、を備えている。熱交換器１８は、流動層燃焼炉２からの排ガス１３の熱を流動層ガス化炉４へ供給される前の含水ガス化原料１６に移動させて含水ガス化原料１６から水蒸気１４を発生させる。

熱交換器１８は、二重管式であり二重になった管の内外で熱交換を行う。熱交換器１８は、流動層燃焼炉２からの高温の排ガス１３が流され外側に位置する外側管１９と、含水ガス化原料１６が搬送され内側に位置する原料搬送管２２と、を有している。

外側管１９は、排ガス管２１に接続されて高温の排ガス１３が流される。外側管１９は、原料搬送管２２の周りを囲むように配されており排ガス１３の熱を原料搬送管２２の含水ガス化原料１６に伝える。

原料搬送管２２は、一端側から含水ガス化原料１６が投入される。また、原料搬送管２２は、他端側の上部に水蒸気１４を通すための開口部２３が形成されている。そして、原料搬送管２２の内部には、スクリューコンベヤ２４が回転自在に配設されており、モータＭによって駆動され含水ガス化原料１６を一端側から他端側へ搬送する。ここで、原料搬送管２２は、外側管を流れる排ガス１３と対向流となるように含水ガス化原料１６を搬送する。

このスクリューコンベヤ２４は、他端側のピッチが一端側から中央部までのピッチよりも広くなっている。これによって、スクリューコンベヤ２４は、含水ガス化原料１６を、原料搬送管２２のうち熱交換がされる中央部分を密の状態で運ぶ。このとき密の状態で運ばれる含水ガス化原料１６は、外気が原料搬送管２２を通って水蒸気供給流路２０に流れないように外部と原料搬送管２２の内部をシールする。また、スクリューコンベヤ２４は、含水ガス化原料１６を、原料搬送管２２のうち開口部２３が形成された部分を疎の状態で運ぶ。

したがって、含水ガス化原料１６は、密の状態で排ガス１３から熱が移動させられて疎の状態で水蒸気１４が放出される。そして、含水ガス化原料１６から発生した水蒸気１４、すなわち、熱交換器１８で発生した水蒸気１４は、開口部２３に接続された水蒸気供給流路２０を通って散気装置６へ導かれるようになっている。ここで、水蒸気供給流路２０は、その流路の途中にブロア２５が配設されており水蒸気を散気装置６へ導くようになっている。

本発明の循環流動層ガス化システム１によれば、熱交換器１８は、排ガス１３の熱を前記流動層ガス化炉４へ供給される前の含水ガス化原料１６に移動させ含水ガス化原料１６から水蒸気１４を発生させる。これによって、流動層ガス化炉４に投入する前に含水ガス化原料１６から水分を減らすことができる。また、熱交換器１８で発生したその水蒸気１４は、水蒸気供給流路２０を通って散気装置６へ導かれ、ガス化に用いられる。このため、発生した水蒸気１４（水分）を有効に利用することができ、ボイラＢから供給される水蒸気１４の量を減らすことができる。

例えば、水分２０％、炭素含有量７０％の石炭を、水蒸気／燃料中の炭素のモル比として１．２でガス化させている場合、本発明の循環流動層ガス化システム１によって燃料を完全に乾燥させ、そこで生成した水蒸気１４をガス化剤に有効利用すれば、約２０％の水蒸気１４の量を削減できる。

図２を参照しながら循環流動層ガス化システム１の変形例を説明する。図２は、循環流動層ガス化システム１の変形例の一部を示す概略構成図である。なお、循環流動層ガス化システム１の変形例は、熱交換器２８を除き、その基本的構成が上記実施例と同様であるため、上記実施例と同様の構成には同一の符号を付し、上記実施例の説明と重複することになる説明を省略する。

熱交換器２８は、垂直原料搬送路３２と、排ガス管３１と、スクリューコンベヤ３４と、を備えている。垂直原料搬送路３２は、原料搬送管２２が上部に接続され、原料供給管５が下端に接続され、排ガス管３１の一部が内部の流路に沿って配設され、また、スクリューコンベヤ３４が流路の下部に配設されている。

含水ガス化原料１６は、原料搬送管２２内をスクリューコンベヤ２４によって密に搬送される。これによって、原料搬送管２２と垂直原料搬送路３２との間をシールし、外気が垂直原料搬送路３２に導かれて水蒸気供給流路２０に流れ込むことを防ぐようになっている。そして、垂直原料搬送路３２は、原料搬送管２２から含水ガス化原料１６が上部位置に導かれると、自重によって含水ガス化原料１６を下方へ導くようになっている。

そして、熱交換器２８は、含水ガス化原料１６が原料搬送管２２から投入されると、垂直原料搬送路３２の下方側で一度溜められ、その後、スクリューコンベヤ３４によって原料供給管５に搬送される。これによって、熱交換器２８は、原料供給管５と垂直原料搬送路３２とをシールし、流動層ガス化炉４で生成されたガス化ガス１７が垂直原料搬送路３２へ流出するのを防ぐようになっている。

また、熱交換器２８は、含水ガス化原料１６が原料搬送管２２から投入されてから垂直原料搬送路３２の下方側で一度溜められる。このため、含水ガス化原料１６は、排ガス管３１を流れる高温の排ガス１３と熱交換するのに十分な時間が確保され、水蒸気１４を放出する。

含水ガス化原料１６から放出された水蒸気１４は、垂直原料搬送路３２の頂部に接続された水蒸気供給流路２０を通って散気装置６へ導かれる。この循環流動層ガス化システム１の変形例においても、先の循環流動層ガス化システム１と同等の効果を奏する。

なお、本発明の循環流動層ガス化システム１は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。例えば、本発明の循環流動層ガス化システム１で生成した水蒸気は、流動層ガス化炉４のガス化剤のみだけでなく、ガス化装置及びその周辺装置に用いる水蒸気にも利用できる。また、蒸気発生手段７が原料供給管５に接続される態様で説明したがこれに限定されず、原料供給管５を介さずに流動層ガス化炉４へ直接接続しても良い。本発明の循環流動層ガス化システム１は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更することができる。

１ 循環流動層ガス化システム
２ 流動層燃焼炉
３ サイクロン（粒子分離器）
４ 流動層ガス化炉
６ 散気装置（蒸気供給手段）
７ 蒸気発生手段
１２ 流動媒体粒子
１３ 排ガス
１４ 水蒸気
１６ 含水ガス化原料
１７ ガス化ガス
１８ 熱交換器
２０ 水蒸気供給流路
２８ 熱交換器

Claims (2)

1. 流動媒体粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動媒体粒子を排出する流動層燃焼炉と、
   前記流動層燃焼炉によって加熱された流動媒体粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、
   前記粒子分離器によって分離された流動媒体粒子の熱によって、含水ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、
   前記流動層ガス化炉に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、を備えた循環流動層ガス化システムであって、
   前記流動層燃焼炉からの排ガスの熱を前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料に移動させ含水ガス化原料から水蒸気を発生させる熱交換器と、
   前記熱交換器で発生した水蒸気を前記水蒸気供給手段へ導く水蒸気供給流路と、を有する蒸気発生手段を更に備え、
   前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料を一端側から他端側へ搬送する原料搬送管においては、内部に配設されたスクリューコンベヤにより、外部と前記原料搬送管の内部を含水ガス化原料でシールしつつ含水ガス化原料を運搬するよう構成されており、
   前記熱交換器は、前記原料搬送管と、該原料搬送管の周りを囲むように配され、前記流動層燃焼炉からの排ガスが流される外側管とを備えた二重管式であり、
   前記原料搬送管は、他端側が前記水蒸気供給流路と接続され、
   前記スクリューコンベヤは、他端側のピッチが一端側から中央部までのピッチよりも広くなっていることを特徴とする循環流動層ガス化システム。
2. 流動媒体粒子を加熱し上部から排ガスとともに流動媒体粒子を排出する流動層燃焼炉と、
   前記流動層燃焼炉によって加熱された流動媒体粒子を排ガスから分離する粒子分離器と、
   前記粒子分離器によって分離された流動媒体粒子の熱によって、含水ガス化原料を水蒸気の存在下でガス化させてガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、
   前記流動層ガス化炉に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、を備えた循環流動層ガス化システムであって、
   前記流動層燃焼炉からの排ガスの熱を前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料に移動させ含水ガス化原料から水蒸気を発生させる熱交換器と、
   前記熱交換器で発生した水蒸気を前記水蒸気供給手段へ導く水蒸気供給流路と、を有する蒸気発生手段を更に備え、
   前記流動層ガス化炉へ供給される前の含水ガス化原料を一端側から他端側へ搬送する原料搬送管においては、内部に配設されたスクリューコンベヤにより、外部と前記原料搬送管の内部を含水ガス化原料でシールしつつ含水ガス化原料を運搬するよう構成されており、
   前記熱交換器は、上部に前記原料搬送管が接続され、頂部に前記水蒸気供給路が接続され、下端に前記流動層燃焼炉へ含水ガス化原料を供給する原料供給管が接続され、内部の流路に沿って前記粒子分離器からの排ガスを導く排ガス管の一部が配設されている垂直原料搬送路を備え、
   該垂直原料搬送路においては、前記原料搬送管から投入された含水ガス化原料を下方側に溜め、流路の下部に配設されたスクリューコンベヤにより、含水ガス化原料を前記原料供給管に搬送するよう構成されていることを特徴とする循環流動層ガス化システム。

Images