JP2009108188A - 炭素質原料のガス化装置およびガス化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、タール及びダストを含むガスを、前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続する直管部分を有する絞り部とを備え、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【選択図】図1
Description
例えば、木材やプラスチック等の炭素質原料を、炭化炉を用いて炭化して、炭化物にすると共にタールおよびダストを含むガスを生成し、炭化物は金属類を除いた後にガス化炉でガス化し、タールおよびダストを含むガスは、ガス化炉から発生したガス化ガスを用いて改質炉において加熱され、タール分をガスに改質することで、炭素質原料から燃料ガスを得る方法が特許文献1に示されている。この際、改質炉の下部は、下方から導入されるガス化ガスを改質炉内のガスと混合し、ガス化ガスを急冷、改質炉内のガスを昇温するためにテーパー部を有している。
特許文献1では、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスの改質炉への入口の位置について特に規定はされていない。ガス化炉から改質炉に導入されるガスには少量の溶融した灰分が含まれ、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスには少量のダストが含まれる。改質炉では、ガス化ガスの熱で炭化炉からのタールおよびダストを含むガスを昇温し、タールおよびダストを含むガスを改質するが、改質温度が足りない場合が多く、改質炉に酸素含有ガスを投入してタールおよびダストを含むガスの一部を燃焼して改質炉内の温度を上昇させる。ガス化炉と改質炉の間はガス化炉の温度をスラグの溶融温度以上に保つため、流路が細くなっており(絞り部と呼ぶ)、改質炉では改質炉内のガス滞留時間を長くするために流路が広がった形状になる。
そこで本発明の目的は、炭素質原料をガス化し、そのガス化ガスの熱を用いて、タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質するプロセスにおいて、改質部下方のテーパー部に灰分が堆積付着することを防ぎつつ、タールおよびダストを含むガスの改質を効率よく行う装置および方法を提供することにある。
(1)投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
(4)前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
(5)前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
装置は主に、ガス化炉1および改質炉2、ガス化炉1と改質炉2を接続する直管部分を有する絞り部17より成る。ガス化炉1には炭素質原料15を酸素含有ガス(酸素又は酸素富化空気)29と共に投入して、炭素質原料15を部分酸化させてガス化するガス化バーナー18が設置され、炭素質原料15に含まれる灰分を溶融スラグ31として排出するスラグタップ12があり、ガス化炉上部に接続された絞り部17を通して、ガス化炉1で生成したガス化ガス30が改質炉2に投入される。改質炉2は、下部(テーパー部2a)が絞り部17と接続され、上方に改質ガス出口8、下方の改質炉2のテーパー部2a壁面に下部ガス投入口13、そしてテーパー部2aより上方の改質炉2壁面に上部ガス投入口14および酸素投入口35が設置されている。酸素投入口35は上部ガス投入口14と同じ投入口としても良いし、上部ガス投入口14の近傍に別に投入口を設けても良い。
改質されるタール及びダスト含有ガスは、タール分とダスト分を含むもので有れば良く、バイオマス等の熱分解により生成するガスの他、石炭を乾留して発生するガスでも改質は可能である。
同箇所にタールおよびダストを含むガスを投入することにより改質部2下部のテーパ近傍のガス流れを乱し、堆積したダストを飛散させることが可能となる。
固気分離後ガス26は固気分離装置で回収しきれなかったダストを少量含んでいるため、改質炉内にガスのよどみがあると改質炉2内にダストが堆積する可能性があるが、改質炉下部投入ガス11の改質炉2下部への投入口13をガス化ガス30入口近傍のテーパー部2aに設置することで改質炉2下部でのガスのよどみを無くして、テーパー部2aでのダストの堆積を防ぐことが可能になる。投入口13の形態は、第一の実施形態と同様である。
図1と同様のガス化炉、改質炉構造を持ち、図2と同様の設備構成で、シャフト炉方式の炭化炉3に一般ゴミおよび廃木材を、気流層のガス化炉2に炭化炉3から発生する炭化物24および粒径1mm以下の炭素質原料15である木質チップを投入した場合の実施例を以下に示す。
気流層の改質炉2の全長は2.7m、改質炉下部のテーパー部2aの高さ0.6m、ガス投入口13は、改質炉2の下端(絞り部17との接続部分)から0.3m(テーパ部分中央高さ位置)のテーパー部2aに、対向して2カ所、上部ガス投入口14は改質炉下端から1.0mの高さに1カ所設置した。
実施例と同様の操業を行い、炭化炉から発生したガスを二分割せず上部ガス投入口のみより投入した場合の例を以下に示す。
炭化炉3には一般ゴミ400kg/h、廃木材400kg/hを投入し、炭化炉3下部からはLPG60Nm3/hを空気500Nm3/hで燃焼させた1200℃のガス800Nm3/hを投入した。炭化炉3の上部からは、400℃、47kg/hのタールおよびダストを含むガスが約1400Nm3/h発生し、改質炉2に導入された。ガス化炉1では炭化炉3から発生した炭化物100kg/hおよび1mm以下に破砕した木質チップ50kg/hを酸素180Nm3/hでガス化した。また、スラグタップ12の下部空間ではスラグタップ保熱用バーナーでメタンガス10Nm3/hを酸素20Nm3/hで燃焼させた。ガス化炉1から改質炉2へ導入されたガス化ガス量は670Nm3/h、改質炉2では炭化炉3からのガスとガス化ガスが混合され、改質炉内温度が1100℃になるように酸素を自動投入したところ酸素量は120Nm3/hとなり、改質ガスは2400Nm3/h発生し、発熱量は1740kcal/Nm3となった。
2 改質炉
2a テーパ部
3 炭化炉
4 原料投入装置
5 破砕・分離機
6 固気分離器
7 ガス精製装置
8 改質ガス出口
9 水槽
10 タール及びダストを含むガス
11 タール及びダストを含むガス
12 スラグタップ
13 下部ガス投入口
14 上部ガス投入口
15 炭素質原料
16 加熱ガス
17 絞り部
18 ガス化バーナー
21 炭素質原料
22 異物を含む炭化物
23 異物
24 炭化物
25 炉頂ガス(タール及びダストを含むガス)
26 固気分離後ガス(タール及びダストを含むガス)
27 ダスト
28 酸素含有ガス
29 酸素含有ガス
30 ガス化ガス
31 溶融スラグ
32 水砕スラグ
33 改質ガス
34 燃料ガス
35 酸素含有ガス投入口
Claims (6)
- 投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
- 投入される1の炭素質原料及び炭化物をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、
その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部と、投入される2の炭素質原料を炭化して、前記炭化物並びに前記タール及びダストを含むガスを生成する炭化炉とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。 - 前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記改質炉の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素質原料のガス化装置。
- 前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素質原料のガス化装置。
- 前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素質原料のガス化装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素質原料のガス化装置を使用した炭素質原料のガス化方法であって、前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口から、前記タール及びダストを含むガスを投入することで、前記ダストの前記テーパー部への堆積を防ぎ、且つ、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口からタール及びダストを含むガスを投入すると共に、当該投入口又は当該投入口近傍から酸素含有ガスを投入することで、前記改質ガスの一部を燃焼させて、前記改質炉内の温度を所定温度に保持することを特徴とする炭素質原料のガス化方法。
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