JP2010001378A - Fluidized bed gasification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は流動層ガス化装置に関するものである。 The present invention relates to a fluidized bed gasifier.
従来より、ガス化装置においては、石炭或いはバイオマス等の原料に水蒸気等のガス化剤を反応させ、一酸化炭素、炭化水素、水素、メタン等を主成分とするガス化ガスを製造することが提案されており、斯かるガス化ガスの製造装置としては、例えば特許文献1に示すような2塔式の流動層ガス化装置がある。特許文献1の流動層ガス化装置では、流動層ガス化炉と、該流動層ガス化炉に供給流路を介し接続された燃焼炉と、該燃焼炉の上側部に移送管を介し接続されて分離器と、該分離機器と流動層ガス化炉を接続する降下管とを備えている。
Conventionally, in a gasifier, a gasification gas mainly composed of carbon monoxide, hydrocarbons, hydrogen, methane, etc. is produced by reacting a gasifying agent such as steam with a raw material such as coal or biomass. As an apparatus for producing such a gasification gas, there is a two-column fluidized bed gasification apparatus as shown in
流動層ガス化炉は、水蒸気により砂等の高温の流動媒体を流動化して流動層を形成し、流動層に投入された石炭、バイオマス等の原料を流動媒体と共に攪拌し加熱して、還元反応によりガス化ガスを生成させ、生成されたガス化ガスを後工程へ供給し、流動媒体及び原料のガス化により生成された未燃のチャーの一部を、供給流路から前記燃焼炉に供給し得るよう形成されている。燃焼炉は、前記流動層ガス化炉から供給された流動媒体及びチャーを風箱からの空気により高速で流動化すると共に、チャーを燃焼させて流動媒体を加熱しつつ上昇させ、燃焼ガスに同伴された流動媒体及び未燃のチャーを移送管から前記分離器に供給するよう形成されている。分離器は、燃焼炉からの燃焼ガスと流動媒体及びチャーを分離し、流動媒体及びチャーを降下管から前記流動層ガス化炉に循環、供給するよう形成されている。
しかしながら、特許文献1の流動層ガス化装置では、原料をガス化するために流動層ガス化炉において流動媒体を流動させて流動層を形成する必要があるが、原料の処理量が多くなるに従い、流動層を形成する流動媒体の量も多くなる。従って、特許文献1の装置では、流動層ガス化炉自体が大型化し、このため、原料を流動層ガス化炉の隅々まで満遍なく行き渡らせることが困難となってガス化ガスは計画通りには生成されず、しかも未反応のチャーが燃焼炉に排出されてしまう。又、流動層ガス化炉が大型化することにより、当該ガス化炉の表面積も大きくなり、放熱面積が増大するため、省エネルギ上不利である。
However, in the fluidized bed gasification apparatus of
本発明は、上述の実情に鑑み、流動層ガス化炉が大型化しても、原料が炉の隅々まで満遍なく行き渡るようにすると共に、流動層ガス化炉の放熱面積が大きくなっても、省エネルギを図ることができるようにした流動層ガス化装置を提供することを目的としてなしたものである。 In view of the above-described circumstances, the present invention allows the raw material to spread evenly to every corner of the furnace even when the fluidized bed gasification furnace is enlarged, and saves heat even if the heat radiation area of the fluidized bed gasification furnace is increased. The purpose of the present invention is to provide a fluidized bed gasifier capable of achieving energy.
本発明の請求項1の流動層ガス化装置は、原料を流動層を形成する高温の流動媒体と共に攪拌することで原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、該流動層ガス化炉から供給された流動媒体をチャーの燃焼により加熱させつつ上昇させる燃焼炉と、該燃焼炉から燃焼ガスに同伴されて供給された流動媒体及びチャーを燃焼ガスから分離する分離器と、該分離器で分離された流動媒体及びチャーを前記流動層ガス化炉へ供給する降下管を備えた流動層ガス化装置であって、前記流動層ガス化炉は筒状に形成されると共に、前記流動層ガス化炉の径方向中心部には、下部が前記流動層ガス化炉内に収納されて上部が流動層ガス化炉上方へ突出するよう、燃焼炉が設けられているものである。
The fluidized bed gasification apparatus according to
本発明の請求項2の流動層ガス化装置においては、流動層ガス化炉に原料を供給する位置と流動媒体及びチャーを流動層ガス化炉から燃焼炉に供給する位置とは、流動媒体流動方向下流側に向かい300〜360度程度位相が異なっている。
In the fluidized bed gasification apparatus according to
本発明の請求項3の流動層ガス化装置は、原料を流動層を形成する高温の流動媒体と共に攪拌することで原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、該流動層ガス化炉から供給された流動媒体をチャーの燃焼により加熱させつつ上昇させる燃焼炉と、該燃焼炉から燃焼ガスに同伴されて供給された流動媒体及びチャーを燃焼ガスから分離する分離器と、該分離器で分離された流動媒体及びチャーを前記流動層ガス化炉へ供給する降下管を備えた流動層ガス化装置であって、前記燃焼炉の径方向中心部には、燃焼炉よりも高さの低い筒状の流動層ガス化炉が設けられているものである。
The fluidized bed gasification apparatus according to
本発明の請求項1〜3に記載の流動層ガス化装置によれば、燃焼炉内の温度は流動層ガス化炉内の温度よりも高いため、燃焼炉内で生成された熱の一部は、流動層ガス化炉と燃焼炉とを仕切る壁部から流動層ガス化炉内の流動媒体に伝達される。従って、流動層ガス化炉が大型化しても、燃焼炉で得られた熱エネルギを流動層ガス化炉において有効に活用することができて省エネルギを図ることができ、又、流動層ガス化炉は筒状であるため、原料は流動層ガス化炉内を隅々まで万遍なく行き渡り、所望の量のガス化ガスを生成させることができる。 According to the fluidized bed gasification apparatus of the first to third aspects of the present invention, since the temperature in the combustion furnace is higher than the temperature in the fluidized bed gasification furnace, a part of the heat generated in the combustion furnace. Is transmitted to the fluidized medium in the fluidized bed gasification furnace from the wall that partitions the fluidized bed gasification furnace and the combustion furnace. Therefore, even if the fluidized bed gasification furnace is enlarged, the thermal energy obtained in the combustion furnace can be effectively utilized in the fluidized bed gasification furnace, and energy can be saved. Since the furnace is cylindrical, the raw material can evenly travel through the fluidized bed gasification furnace to produce a desired amount of gasification gas.
又、請求項2の流動層ガス化装置は、原料が流動層ガス化炉内を周回する間に十分反応が促進されるため、流動層ガス化炉から燃焼炉へ排出される未反応のチャーの量が減少し、その結果、ガス化ガスの生成をより効率的に行うことができる。
Further, in the fluidized bed gasification apparatus according to
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1〜図3は本発明を実施の形態の第一例である。図中、1は外周部の一部を円周方向へ所定の間隔に亘り切除し、この切除部に、平面視で周方向へ所定の角度でV字状に開くと共に径方向へ延在する仕切り部1a、1bを設けた略円筒形状に近い流動層ガス化炉、2は下部を流動層ガス化炉1の中心部に同心状に収納されて、流動層ガス化炉1の上方へ突出する円筒状の燃焼炉、3は燃焼炉2の上端部に移送管4を介して接続されたサイクロン等の分離器、5は分離器3の下端と流動層ガス化炉1上面とに接続された降下管である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. In the figure,
流動層ガス化炉1においては、ボックス部6から水蒸気等のガス化剤を供給して砂等の流動媒体を流動化し高温の流動層7を形成し得るよう形成されており、仕切り部1aの外部から供給された石炭やバイオマス等の原料を高温の流動媒体と攪拌することで原料のガス化を行い、生成されたガス化ガスは外部へ取り出し得るよう形成されている。
The fluidized
燃焼炉2における、流動層ガス化炉1の仕切り部1b近傍壁部には、仕切り部1a外部から流動層ガス化炉1に供給された原料及び仕切り部1a近傍で降下管5から流動層ガス化炉1に供給された流動媒体及びチャーが、流動層ガス化炉1内を平面視で約300〜360度周回して、燃焼炉2内に導入されるよう、供給孔8が設けられている。而して、燃焼炉2においては、流動層ガス化炉1から供給孔8を通り供給された流動媒体及びチャーは風箱9から吹き出される空気により流動化されて燃焼炉2内を上昇するよう形成されており、上昇する間にチャーが燃焼して流動媒体が加熱されるよう形成されている。
In the
分離器3では、燃焼炉2から移送管4を介して供給された燃焼ガスから、流動媒体及びチャーを分離して降下管5から流動層ガス化炉1の仕切り部1a近傍内部へ循環させ供給し得るようになっており、排ガスは分離器3頂部から外部へ排出し得るようになっている。
In the
次に、上記図示例の作動を説明する。
流動層ガス化炉1内には、ボックス部6から水蒸気等のガス化剤が供給され、流動層ガス化炉1内では、高温の流動媒体が流動化されて流動層7が形成されている。又、ガス化炉1には原料が供給されると共に、降下管5から流動媒体及びチャーが供給され、原料は高温の流動媒体と共に攪拌することで原料のガス化が行われ、ガス化ガスは外部へ取り出される。この際、原料の一部は未燃のチャーとなる。
Next, the operation of the illustrated example will be described.
A gasifying agent such as water vapor is supplied from the
流動媒体及びチャーは、流動層ガス化炉1内を約300〜360度周回して供給孔8から、流動層ガス化炉1中心側に設けられている燃焼炉2内に供給される。すなわち、流動媒体及びチャーは、流動層ガス化炉1の径方向外周側から中心側へ供給される。燃焼炉2には、風箱9から空気が吹き込まれているため、燃焼炉2においては、流動層ガス化炉1から供給孔8を通り供給された流動媒体及びチャーは空気により流動化されて燃焼炉2内を上昇し、上昇する間にチャーが燃焼して流動媒体が高温に加熱される。
The fluidized medium and char circulate in the fluidized
燃焼炉2内を上昇した、流動媒体及びチャーを同伴した燃焼ガスは移送管4から分離器3へ供給され、分離器3では、燃焼ガスから流動媒体及びチャーが分離されて降下管5から流動層ガス化炉1内へ循環、供給され、流動媒体及びチャーが分離された燃焼ガスは排ガスとして排出される。
The combustion gas that has risen in the
燃焼炉2の下部は流動層ガス化炉1内に収納されているうえ、燃焼炉2内の燃焼ガスの温度は約1,000℃であり、流動層ガス化炉1内で生成されるガス化ガスの温度は約800℃である。このため、流動層ガス化炉1内に位置する部分における燃焼炉2の熱は、輻射や伝導により外周壁部を経て流動層ガス化炉1に伝達され、原料のガス化に有効に利用される。
The lower part of the
本図示例によれば、燃焼炉2内で生成された熱の一部は、燃焼炉2の外周壁部から流動層ガス化炉1内の流動媒体に伝達されるため、燃焼炉2で得られた熱エネルギを流動層ガス化炉1において、従来装置よりも有効に活用することができ、省エネルギを図ることができる。
According to the illustrated example, a part of the heat generated in the
又、流動媒体及びチャー並びに原料は、流動層ガス化炉1内を略300〜360度の範囲に亘り周回できる。このため、原料及び流動媒体並びにチャーは、流動層ガス化炉1内を隅々まで万遍なく行き渡り、所望の量のガス化ガスを生成させることができるため、流動層ガス化炉1の大型化が可能である。更に、原料が流動層ガス化炉1内を周回する間に十分反応が促進されるため、流動層ガス化炉1から燃焼炉2へ排出される未反応のチャーの量が減少する。
Further, the fluid medium, the char, and the raw material can circulate in the fluidized
図4〜図8は本発明の実施の形態の第二例である。而して、本図示例の特徴とするところは、流動層ガス化炉1と燃焼炉2の配置が前記実施の形態とは逆のことである。すなわち、本図示例では、燃焼炉2のガス流通路2aを環状に形成してガス流通路2aよりも内側に中空部10を形成し、中空部10の中心下部に、燃焼炉2よりも高さの低い流動層ガス化炉1を配置しており、供給孔8を流動層ガス化炉1と燃焼炉2とを仕切る壁部に円周方向へ一定の間隔で複数個(図示例では4個)設けている。図中、図1〜図3に示す符号と同一のものには同一の符号が付してある。
4 to 8 show a second example of the embodiment of the present invention. Thus, the feature of the illustrated example is that the arrangement of the fluidized
本図示例の装置の作動は前記図示例と同様であるが、流動媒体及びチャーの流動層ガス化炉1から燃焼炉2への流動方向は、前記図示例とは逆で、平面視で流動層ガス化炉1の径方向中心側から外周側へ流動する。すなわち、流動媒体及び未燃のチャーは、流動層ガス化炉1から各供給孔8を通り、流動層ガス化炉1を包囲するよう、流動層ガス化炉1の外周側に設けられている燃焼炉2のガス流通路2aへ供給される。燃焼炉2へ供給された流動媒体とチャーは、燃焼ガスと共に上昇して高温となり、燃焼炉2の上端において、移送管4から燃焼炉2の中心側に設けらている分離器3へ供給されて燃焼ガスから分離され、燃焼炉2及び流動層ガス化炉1の軸心部に設けられている降下管5から流動層ガス化炉1内へ循環、供給される。
The operation of the apparatus of the illustrated example is the same as that of the illustrated example, but the flow direction of the fluid medium and char from the fluidized
而して、本図示例においては、燃焼炉2内で生成された熱の一部は、燃焼炉2の内壁部と流動層ガス化炉1の外壁部とを兼ねた周壁部から流動層ガス化炉1内の流動媒体に伝達されるため、燃焼炉2で得られた熱エネルギを流動層ガス化炉1において、従来装置よりも有効に活用することができ、省エネルギを図ることができる。又、原料及び流動媒体並びにチャーは、流動層ガス化炉1内を隅々まで万遍なく行き渡り、所望の量のガス化ガスを生成させることができるため、流動層ガス化炉1の大型化が可能である。
Thus, in the illustrated example, a part of the heat generated in the
なお、本発明の流動層ガス化装置の実施の形態の第一例においては、流動層ガス化炉を略円筒形状とする場合について説明したが、完全な円筒形状に形成して内部に仕切り板を設ける構造とすることもできること、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。 In the first example of the embodiment of the fluidized bed gasification apparatus of the present invention, the case where the fluidized bed gasification furnace has a substantially cylindrical shape has been described. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 流動層ガス化炉
2 燃焼炉
3 分離器
5 降下管
7 流動層
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