JP2018095717A - 二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制し得る二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備を提供する。【解決手段】流動媒体の流動層に投入される原料をガス化してガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉１と、ガス化炉１で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉１から導入されて可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉２と、燃焼炉２から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し且つ分離された流動媒体をガス化炉１に戻す媒体分離装置３と、ガス化炉１で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置４と、ガス化ガス精製装置４から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器５と、濃縮器５で濃縮された排水を燃焼炉２へ導くポンプ６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備に関するものである。

一般に、ガス化炉と燃焼炉とを備えた二塔式ガス化設備では、ガス化ガス精製の過程で発生する排水をプラントが設置される環境に合わせた放流基準まで浄化するための排水処理装置を設けることとしている。

尚、前記排水処理装置を備えた二塔式ガス化設備と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２０１４−２４９３７号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている排水処理装置は、沈降分離部、アンモニア除去部、活性汚泥槽等を必要としており、機器点数が多く、イニシャルコスト並びにランニングコストが増加する一方、消費されるエネルギー分だけプラント全体の効率が低下することが課題として残されており、改善の余地があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制し得る二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に前記ガス化炉から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉と、前記ガス化炉で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置とを備えた二塔式ガス化設備の排水処理装置であって、
前記ガス化ガス精製装置から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器と、
該濃縮器で濃縮された排水を前記燃焼炉へ導くポンプと
を備えることができる。

前記二塔式ガス化設備の排水処理装置において、前記濃縮器で排水の加熱に用いられる蒸気は、前記二塔式ガス化設備で熱回収により製造された余剰蒸気とすることができる。

又、前記濃縮器は、蒸気加熱により蒸発する水分を大気放出する放出部を備えることができる。

一方、本発明の二塔式ガス化設備は、流動媒体の流動層に投入される原料をガス化してガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉と、
該燃焼炉から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し且つ該分離された流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置と、
前記ガス化炉で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置と、
前記ガス化ガス精製装置から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器と、
該濃縮器で濃縮された排水を前記燃焼炉へ導くポンプと
を備えることができる。

前記二塔式ガス化設備において、前記ガス化ガス精製装置は、
前記ガス化ガスを酸化剤の供給により加熱してガス化ガスに含まれるタールを改質するタール改質炉と、
該タール改質炉でタールが改質されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器へ導入するボイラと、
該ボイラで熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバと
を備えることができる。

又、前記二塔式ガス化設備において、前記ガス化ガス精製装置は、
前記ガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器へ導入するボイラと、
該ボイラで熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバと
を備えることができる。

本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備によれば、簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備の実施例におけるガス化ガス精製装置の一例（乾式）を示す概要構成図である。 本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備の実施例におけるガス化ガス精製装置の他の例（湿式）を示す概要構成図である。

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は本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備の実施例である。

本実施例の二塔式ガス化設備は、ガス化炉１と、燃焼炉２と、媒体分離装置３と、ガス化ガス精製装置４とを備え、排水処理装置として、濃縮器５と、ポンプ６とを備えている。

前記ガス化炉１は、珪砂等の流動媒体の流動層に投入される褐炭等の原料をガス化してガス化ガスと可燃性固形分とを生成するようになっている。前記ガス化炉１の底部には、水蒸気等のガス化剤を導入することにより、前記流動媒体の流動層を形成するようになっている。

前記燃焼炉２は、前記ガス化炉１で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉１から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させるようになっている。前記燃焼炉２の底部には、空気を導入することにより、前記流動媒体及び可燃性固形分を上方へ吹き上げつつ、前記可燃性固形分の燃焼を行うようになっている。

前記媒体分離装置３は、前記燃焼炉２から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し且つ該分離された流動媒体を前記ガス化炉１に戻すようになっている。尚、前記媒体分離装置３で流動媒体が分離された高温の燃焼排ガスは、ボイラ７で熱回収を行って設定温度まで冷却するようになっている。

前記ガス化ガス精製装置４は、前記ガス化炉１で生成されたガス化ガスの流通方向下流側に設けられ、該ガス化ガスを精製するようになっている。

前記濃縮器５は、前記ガス化ガス精製装置４から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮するようになっている。

前記ポンプ６は、前記濃縮器５と燃焼炉２とをつなぐ配管途中に設けられ、前記濃縮器５で濃縮された排水を前記燃焼炉２へ導くようになっており、該燃焼炉２で前記排水を燃焼処理するようになっている。

前記ガス化ガス精製装置４は、乾式の二塔式ガス化設備の場合、図２に示す如く、タール改質炉８と、ボイラ９と、水スクラバ１０と、後段ガス精製部１１とを備えている。

前記タール改質炉８は、前記ガス化ガスの流通方向において前記ガス化炉１の下流側に設けられ、酸素や空気等の酸化剤の供給によりガス化ガスを例えば１０００℃以上に加熱することでガス化ガスに含まれるタールを改質するようになっている。

前記ボイラ９は、前記タール改質炉８の出側に設けられ、該タール改質炉８でタールが改質されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した蒸気（余剰蒸気）を前記濃縮器５へ導入するようになっている。

前記水スクラバ１０は、スプレー塔等で構成され、前記ガス化ガスの流通方向において前記ボイラ９の下流側に設けられ、該ボイラ９で熱回収されて３００〜６００［℃］程度となったガス化ガスに４０［℃］程度の冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを７０［℃］程度まで冷却するようになっている。尚、前記冷却水が排水として水スクラバ１０から排出されるようになっている。

前記後段ガス精製部１１は、前記ガス化ガスの流通方向において前記水スクラバ１０の下流側に設けられ、例えば、前記水スクラバ１０で冷却されたガス化ガスからミストを除去するミストセパレータや、該ミストセパレータでミストが除去されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させるボイラ等で構成されている。

尚、前記濃縮器５で排水の加熱に用いられる蒸気は、前記二塔式ガス化設備で熱回収により製造された蒸気であれば、前記ボイラ７（図１参照）で発生する余剰蒸気、或いは前記後段ガス精製部１１を構成するボイラ（図示せず）で発生する余剰蒸気とすることも可能である。

又、前記濃縮器５は、蒸気加熱により蒸発する水分を大気放出する放出部５ａを備えている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

図１に示すガス化炉１の底部に水蒸気等のガス化剤が導入され、珪砂等の流動媒体の流動層がガス化炉１の内部に形成された状態で、褐炭等の原料が前記流動層に投入されると、原料がガス化されてガス化ガスと可燃性固形分とが生成される。

前記ガス化炉１で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に燃焼炉２に導入され、該燃焼炉２の底部から導入される空気により、前記流動媒体及び可燃性固形分が上方へ吹き上げられつつ、前記可燃性固形分の燃焼が行われる。

前記可燃性固形分の燃焼によって発生した燃焼排ガスは、燃焼炉２から媒体分離装置３へ導入され、該媒体分離装置３において燃焼排ガスより流動媒体が分離され、該分離された流動媒体は前記ガス化炉１に戻される。尚、前記媒体分離装置３で流動媒体が分離された高温の燃焼排ガスは、ボイラ７で熱回収されて設定温度まで冷却される。又、前記ボイラ７からは余剰蒸気が発生している。

前記ガス化炉１で生成されたガス化ガスは、ガス化ガス精製装置４で精製される。

ここで、乾式の二塔式ガス化設備の場合、図２に示す如く、前記ガス化ガス精製装置４を構成するタール改質炉８において、先ず、酸素や空気等の酸化剤の供給により前記ガス化ガスは例えば１０００℃以上に加熱され、タールが改質される。

続いて、前記タール改質炉８でタールが改質されたガス化ガスはボイラ９に導かれて熱回収が行われた後、スプレー塔等で構成される水スクラバ１０へ導入される。前記ガス化ガスからの熱回収によってボイラ９で発生した蒸気（余剰蒸気）は濃縮器５へ導入される。

前記水スクラバ１０においては、前記ボイラ９で熱回収されて３００〜６００［℃］程度となったガス化ガスに対して４０［℃］程度の冷却水が噴霧され、これにより、ガス化ガスは７０［℃］程度まで冷却され、後段ガス精製部１１へ導かれる。

前記後段ガス精製部１１へ導かれたガス化ガスは、例えば、ミストセパレータでミストが除去された後、ボイラで更に熱回収が行われ、精製ガス化ガスとされる。

そして、前記水スクラバ１０でガス化ガスを冷却した冷却水は、排水として濃縮器５へ導入され、前記ボイラ９で発生した蒸気（余剰蒸気）により加熱されて排水中の水分が蒸発し濃縮される。因みに、前記排水は、その容積が１／１０程度まで濃縮される。前記濃縮器５で濃縮された排水は、ポンプ６により燃焼炉２へ導かれて燃焼処理される。

このため、前記ガス化ガス精製装置４の水スクラバ１０から排出される排水は、系外に出さずに二塔式ガス化設備の内部で燃焼処理することが可能となる。

本実施例の場合、濃縮器５とポンプ６を二塔式ガス化設備の内部に設置するだけで済み、前記特許文献１に開示されている排水処理装置とは異なり、沈降分離部、アンモニア除去部、活性汚泥槽等は一切不要となり、機器点数が少なく、イニシャルコスト並びにランニングコストが低減可能となり且つ消費されるエネルギーが減少してプラント全体の効率が低下することも抑制できる。因みに、図１に示す二塔式ガス化設備の場合、あくまでも精製ガス化ガスの生成がメインプロセスであって、前記燃焼排ガスによる発電に関しては考慮されていないため、ボイラ７やボイラ９において発生する蒸気の一部は設備の内部で使用されるものの、残りの蒸気は余剰蒸気として単に捨てられているのが現状である。しかし、本実施例では、図２に示す如く、ガス化ガス精製装置４のボイラ９で発生した余剰蒸気が排水の濃縮に有効活用されるため、無駄がなくなってプラント全体の効率の向上にもつながる。

又、前記ガス化ガス精製装置４のタール改質炉８でガス化ガスに含まれるタールが改質され、水スクラバ１０から排出される排水にタールは含有していないため、濃縮器５やポンプ６にタールが付着せず、排水の濃縮が安定して行われる。

こうして、簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制し得る。

又、図２には乾式の二塔式ガス化設備の場合のガス化ガス精製装置４を示したが、湿式の二塔式ガス化設備の場合、前記ガス化ガス精製装置４は、図２に示されるようなタール改質炉８は設けられずに、図３に示す如く、ボイラ９と、水スクラバ１０と、後段ガス精製部１１とを備える形となる。図３において、前記ボイラ９が、前記ガス化炉１で生成されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した蒸気（余剰蒸気）を前記濃縮器５へ導入するようになっている以外、前記水スクラバ１０と、前記後段ガス精製部１１は、図２に示すものと同様の構成を有している。図３に示す湿式の二塔式ガス化設備においても、図２に示す乾式の二塔式ガス化設備の場合と同様、簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制し得る。又、図３に示す湿式の二塔式ガス化設備の場合、前記ガス化ガス精製装置４の水スクラバ１０から排出される排水にタールが含有しているため、濃縮器５で濃縮された排水には高濃度のタールが含有することになるが、高濃度のタールは燃焼炉２で排水と共に燃焼処理することができる。

そして、本実施例の場合、前記濃縮器５で排水の加熱に用いられる蒸気は、前記二塔式ガス化設備で熱回収により製造された余剰蒸気としている。このように構成すると、単に捨てられていた余剰蒸気を排水の濃縮に有効活用でき、無駄をなくしてプラント全体の効率向上を図ることができる。

又、前記濃縮器５は、蒸気加熱により蒸発する水分を大気放出する放出部５ａを備えている。このように構成すると、蒸気加熱により蒸発する水分を放出部５ａから大気放出するだけで、特別な機器を設けなくて済み、排水処理装置の簡略化を図る上で有効となる。

又、本実施例は、流動媒体の流動層に投入される原料をガス化してガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉１と、該ガス化炉１で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉１から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉２と、該燃焼炉２から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し且つ該分離された流動媒体を前記ガス化炉１に戻す媒体分離装置３と、前記ガス化炉１で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置４と、前記ガス化ガス精製装置４から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器５と、該濃縮器５で濃縮された排水を前記燃焼炉２へ導くポンプ６とを備えた二塔式ガス化設備となっている。このように構成すると、排水処理装置として濃縮器５とポンプ６とを備えるだけの簡単な構成で排水を系外に出さずにコスト削減を図りつつ、効率低下を抑制することができる。

前記二塔式ガス化設備の場合、前記ガス化ガス精製装置４は、図２に示す如く、前記ガス化ガスを酸化剤の供給により加熱してガス化ガスに含まれるタールを改質するタール改質炉８と、該タール改質炉８でタールが改質されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器５へ導入するボイラ９と、該ボイラ９で熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバ１０とを備えることができる。このように構成すると、前記二塔式ガス化設備は乾式の設備となり、前記ガス化ガス精製装置４のタール改質炉８でガス化ガスに含まれるタールが改質され、水スクラバ１０から排出される排水にタールが含有しないため、濃縮器５やポンプ６にタールが付着せず、排水の濃縮を安定して行うことができる。

又、前記二塔式ガス化設備の場合、前記ガス化ガス精製装置４は、図３に示す如く、前記ガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器５へ導入するボイラ９と、該ボイラ９で熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバ１０とを備えることもできる。このように構成すると、前記二塔式ガス化設備は湿式の設備となり、前記ガス化ガス精製装置４の水スクラバ１０から排出される排水にタールが含有しているため、前記濃縮器５で濃縮された排水には高濃度のタールが含有することになるが、高濃度のタールは燃焼炉２で排水と共に燃焼処理することができる。

尚、本発明の二塔式ガス化設備の排水処理装置及び二塔式ガス化設備は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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。

１ ガス化炉
２ 燃焼炉
３ 媒体分離装置
４ ガス化ガス精製装置
５ 濃縮器
５ａ 放出部
６ ポンプ
８ タール改質炉
９ ボイラ
１０ 水スクラバ

Claims (6)

1. ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に前記ガス化炉から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉と、前記ガス化炉で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置とを備えた二塔式ガス化設備の排水処理装置であって、
   前記ガス化ガス精製装置から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器と、
   該濃縮器で濃縮された排水を前記燃焼炉へ導くポンプと
   を備えた二塔式ガス化設備の排水処理装置。
2. 前記濃縮器で排水の加熱に用いられる蒸気は、前記二塔式ガス化設備で熱回収により製造された余剰蒸気である請求項１記載の二塔式ガス化設備の排水処理装置。
3. 前記濃縮器は、蒸気加熱により蒸発する水分を大気放出する放出部を備えた請求項１又は２記載の二塔式ガス化設備の排水処理装置。
4. 流動媒体の流動層に投入される原料をガス化してガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、
   該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉から導入されて前記可燃性固形分を燃焼させる燃焼炉と、
   該燃焼炉から導入される燃焼排ガスより流動媒体を分離し且つ該分離された流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置と、
   前記ガス化炉で生成されたガス化ガスを精製するガス化ガス精製装置と、
   前記ガス化ガス精製装置から排出される排水を蒸気で加熱して濃縮する濃縮器と、
   該濃縮器で濃縮された排水を前記燃焼炉へ導くポンプと
   を備えた二塔式ガス化設備。
5. 前記ガス化ガス精製装置は、
   前記ガス化ガスを酸化剤の供給により加熱してガス化ガスに含まれるタールを改質するタール改質炉と、
   該タール改質炉でタールが改質されたガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器へ導入するボイラと、
   該ボイラで熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバと
   を備えた請求項４記載の二塔式ガス化設備。
6. 前記ガス化ガス精製装置は、
   前記ガス化ガスから熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した余剰蒸気を前記濃縮器へ導入するボイラと、
   該ボイラで熱回収されて温度低下したガス化ガスに冷却水を噴霧することにより、ガス化ガスを冷却する水スクラバと
   を備えた請求項４記載の二塔式ガス化設備。

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