JP5277741B2

JP5277741B2 - Gasification method and gasification apparatus

Info

Publication number: JP5277741B2
Application number: JP2008152462A
Authority: JP
Inventors: 健太郎成相; 宏明大原; 幸治竹脇
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009298871A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the problem wherein a gasifier is subjected to vanadium attack upon gasification of a fossil fuel, and to improve its gasification performance. <P>SOLUTION: In a gasification method, a heavy metal-containing raw material 5 containing vanadium is fed to a gasification furnace 1, to which an oxidizer 7 is fed, and partially oxidized so as to produce a gasification gas 8. Here, the atmospheric temperature inside the gasification furnace 1 is kept at ≤800°C by a temperature control means 11 so as to prevent vanadium attack, and the raw material 5 in the gasification furnace 1 is locally heated to ≥800°C using plasma or laser so as to promote gasification of the raw material 5. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、化石原料をガス化する際にガス化装置がバナジウムアタックを受ける問題を防止し、同時にガス化性能を高めるようにしたガス化方法及びガス化装置に関する。 The present invention relates to a gasification method and a gasification apparatus that prevent a gasification apparatus from receiving a vanadium attack when gasifying a fossil raw material and at the same time enhance gasification performance.

近年、石油の枯渇の問題から、石油精製時の残渣である石油コークスや現在有効利用されていない資源であるオイルサンド、ビチューメン、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭といった劣質炭等の化石燃料を原料としてガス化し、水素及び炭化水素等を主体とするガス化ガスを得て有効利用することが提案されている。 In recent years, due to the problem of depletion of oil, gas is produced using fossil fuels such as petroleum coke, which is a residue during oil refining, and poor quality coal such as oil sand, bitumen, bituminous coal, subbituminous coal, and brown coal, which are not currently used effectively. It has been proposed to obtain gasification gas mainly composed of hydrogen, hydrocarbon and the like and effectively use it.

この種の化石原料が利用されない理由としては、硫黄や重金属等の不純物が多く取り扱いや処理が困難な点が挙げられる。 The reason why this type of fossil raw material is not used is that there are many impurities such as sulfur and heavy metals, which are difficult to handle and process.

石油系原料であるペトロコーク、オイルサンド及び石炭等は、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）等の重金属を多く含んでいることが知られている。 Petrocoke, oil sand, coal, and the like, which are petroleum-based raw materials, are known to contain a large amount of heavy metals such as vanadium (V) and nickel (Ni).

一方、従来から化石原料等をガス化する方法としては、酸素や空気を用いて原料の一部を燃焼させその燃焼熱を利用して原料のガス化を行う部分酸化プロセスがある。従来の部分酸化プロセスによって例えば石油コークスをガス化する場合には８００〜１３００℃の高温でガス化しており、このような高温でガス化を行うと、生成するガス化ガスに含まれるタール分は非常に少なくできるため、ガス化ガスの精製等の操作が容易になる利点がある反面、石油コークスに含有されるバナジウム（Ｖ）によるバナジウムアタックによって鉄系材料の炉材が高温腐食する問題がある。バナジウムアタックは、バナジウム自身の融点は高いが原料中に含まれるバナジウム（Ｖ）、硫黄（Ｓ）、ナトリウム（Ｎａ）等がＶ₂Ｏ₅−Ｎａ₂ＳＯ₄系の低融点灰（油灰）となって炉材表面に付着・堆積し、炉材を著しく酸化させる現象である。バナジウムアタックによる酸化速度は大気中における通常の酸化速度に比べて数倍から数十倍速く、構造物の寿命を著しく低下させる原因となっている。 On the other hand, as a conventional method for gasifying a fossil raw material or the like, there is a partial oxidation process in which a part of the raw material is combusted using oxygen or air and the raw material is gasified using the combustion heat. For example, when petroleum coke is gasified by a conventional partial oxidation process, it is gasified at a high temperature of 800 to 1300 ° C. When gasification is performed at such a high temperature, the tar content contained in the generated gasification gas is Since it can be very small, there is an advantage that the operation such as purification of gasification gas is easy, but there is a problem that the furnace material of iron-based material is corroded at high temperature by vanadium attack by vanadium (V) contained in petroleum coke. . The vanadium attack has a high melting point of vanadium itself, but vanadium (V), sulfur (S), sodium (Na) and the like contained in the raw material are low melting point ash (oil ash) of V ₂ O ₅ -Na ₂ SO ₄ type. It is a phenomenon that adheres and accumulates on the surface of the furnace material and oxidizes the furnace material significantly. The oxidation rate by the vanadium attack is several to several tens of times faster than the normal oxidation rate in the atmosphere, which causes the lifetime of the structure to be significantly reduced.

このような問題から、石油コークスを従来のガス化炉でガス化することは困難であるため、高価な酸化し難い炉材を使用したり、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の添加剤を添加することによって、バナジウム化合物を生成させて、ガス化炉内の重金属の濃度を希釈することが行われている。しかし、装置価格が増大したり、大量の添加剤を必要とし、更に後段の分離装置が大型になる等の問題がある。 Because of these problems, it is difficult to gasify petroleum coke with a conventional gasification furnace, and therefore expensive furnace materials that are difficult to oxidize, calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), etc. By adding an additive, a vanadium compound is generated to dilute the concentration of heavy metal in the gasification furnace. However, there are problems such as an increase in the price of the apparatus, a large amount of additives, and an increase in the size of the subsequent separation apparatus.

従来の部分酸化プロセスにおいて、バナジウムアタックの問題を防止する方法としては、ガス化炉から抜き出した未反応物からバナジウム等の重金属を分離することによって重金属の系内濃度を低下するようにしたものが特許文献１にある。
特開平０８−１４３８７６号公報 In the conventional partial oxidation process, as a method for preventing the problem of vanadium attack, the concentration of heavy metals in the system is reduced by separating heavy metals such as vanadium from unreacted substances extracted from the gasifier. It exists in patent document 1. FIG.
JP 08-143876 A

しかし、特許文献１に示すように、例えば石油コークス等を８００〜１３００℃の高温でガス化した場合には、高温加熱によってバナジウムが低融点灰と共に炉材に付着・堆積してバナジウムアタックを生じる問題があり、単にガス化炉から未反応物を抜き出してその未反応物からバナジウム等の重金属を分離しても、バナジウムアタックの問題を防止することはできない。 However, as shown in Patent Document 1, for example, when petroleum coke or the like is gasified at a high temperature of 800 to 1300 ° C., vanadium adheres to and accumulates on the furnace material together with the low-melting ash by high-temperature heating, resulting in vanadium attack There is a problem, and simply removing the unreacted material from the gasifier and separating heavy metal such as vanadium from the unreacted material cannot prevent the problem of vanadium attack.

一方、上記バナジウムアタックの問題を避けるためには、８００℃以下の低温でガス化を行うことが考えられるが、このような低温でガス化を行った場合には、原料の転化率を向上させることができず、よって必要なガス化ガスの成分、ガス量が得られないという問題がある。 On the other hand, in order to avoid the above problem of vanadium attack, it is conceivable to perform gasification at a low temperature of 800 ° C. or lower. However, when gasification is performed at such a low temperature, the conversion rate of the raw material is improved. Therefore, there is a problem that a necessary gasification gas component and gas amount cannot be obtained.

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、化石原料をガス化する際にガス化装置がバナジウムアタックを受ける問題を防止し、同時にガス化性能を高めるようにしたガス化方法及びガス化装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a gasification method and gasification that prevent a gasification device from receiving a vanadium attack when gasifying a fossil raw material and at the same time enhance gasification performance. The device is to be provided.

本発明は、バナジウムを含む重金属含有の原料を酸化剤が供給されたガス化炉に供給して部分酸化によりガス化ガスを生成するガス化方法であって、温度調節手段によりガス化炉内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持してバナジウムアタックを抑制すると共に、ガス化炉内部の原料をプラズマ又はレーザにより局所的に８００℃以上に加熱して原料のガス化を促進することを特徴とするガス化方法、に係るものである。 The present invention is a gasification method for generating a gasification gas by partial oxidation by supplying a heavy metal-containing raw material containing vanadium to a gasification furnace supplied with an oxidant, and the inside of the gasification furnace is formed by temperature control means. The atmospheric temperature is maintained at 800 ° C. or lower to suppress vanadium attack, and the raw material inside the gasification furnace is locally heated to 800 ° C. or higher by plasma or laser to promote gasification of the raw material. This relates to a gasification method.

上記ガス化方法において、ガス化炉内底部から取出した固体粒子及び／又はガス化ガスから分離した固体粒子を処理して重金属を回収することは好ましい。 In the above gasification method, it is preferable to recover the heavy metal by treating the solid particles taken out from the bottom of the gasification furnace and / or the solid particles separated from the gasification gas.

本発明は、バナジウムを含む重金属含有の原料を酸化剤が供給されたガス化炉に供給して部分酸化によりガス化ガスを生成するガス化装置であって、ガス化炉内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持するための温度調節手段と、ガス化炉内部の原料を局所的に８００℃以上に加熱するプラズマ発生装置又はレーザ発生装置とを有することを特徴とするガス化装置、に係るものである。 The present invention is a gasification apparatus that generates a gasification gas by partial oxidation by supplying a heavy metal-containing raw material containing vanadium to a gasification furnace supplied with an oxidant, and the atmospheric temperature inside the gasification furnace is set to 800. A gasification apparatus characterized by having a temperature adjusting means for maintaining the temperature below ℃ and a plasma generator or a laser generator for locally heating the raw material inside the gasification furnace to 800 ℃ or more It is.

上記ガス化装置において、ガス化炉は、噴流床炉であってもよい。 In the gasifier, the gasifier may be a spouted bed furnace.

又、上記ガス化装置において、ガス化炉は、固定床炉であってもよい。 In the gasifier, the gasification furnace may be a fixed bed furnace.

又、上記ガス化装置において、ガス化炉は、流動床炉であってもよい。 In the gasifier, the gasification furnace may be a fluidized bed furnace.

又、上記ガス化装置において、流動床炉に、金属担持型触媒からなる流動媒体を用いることは好ましい。 In the gasifier, it is preferable to use a fluidized medium made of a metal-supported catalyst in the fluidized bed furnace.

又、上記ガス化装置において、温度調節手段は、前記酸化剤の供給量を調節する流量調節器であってもよい。 In the gasifier, the temperature adjusting means may be a flow rate controller for adjusting a supply amount of the oxidant.

又、上記ガス化装置において、温度調節手段は、酸化剤と共に燃焼を抑制する流体を供給する燃焼抑制流体添加装置であってもよい。 In the gasifier, the temperature adjusting means may be a combustion suppressing fluid adding device that supplies a fluid that suppresses combustion together with an oxidant.

又、上記ガス化装置において、燃焼抑制流体添加装置は、窒素供給装置であってもよい。 In the gasifier, the combustion suppression fluid addition device may be a nitrogen supply device.

又、上記ガス化装置において、燃焼抑制流体添加装置は、水供給装置であってもよい。 In the gasifier, the combustion suppression fluid addition device may be a water supply device.

又、上記ガス化装置において、燃焼抑制流体添加装置は、水蒸気供給装置であってもよい。 In the gasifier, the combustion suppression fluid addition device may be a water vapor supply device.

又、上記ガス化装置において、燃焼抑制流体添加装置は、酸素製造装置により酸素を分離した酸素分離後の低酸素空気を供給する低酸素空気供給装置であってもよい。 In the gasifier, the combustion-suppressing fluid addition device may be a low oxygen air supply device that supplies oxygen-separated low oxygen air separated from oxygen by an oxygen production device.

又、上記ガス化装置において、ガス化炉内底部から取り出した固体粒子及び／又はガス化ガスから分離して取り出した固体粒子を導入し、固体粒子から重金属を回収する重金属回収手段を有することは好ましい。 Further, the gasification apparatus has a heavy metal recovery means for introducing solid particles taken out from the bottom of the gasification furnace and / or solid particles taken out from the gasification gas and recovering heavy metals from the solid particles. preferable.

本発明のガス化方法及びガス化装置によれば、ガス化炉内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持してバナジウムアタックを抑制した状態において、ガス化炉内部の原料をプラズマ又はレーザにより局所的に８００℃以上に加熱して原料のガス化を促進するようにしたので、バナジウムアタックの抑制と同時に、原料のガス化促進が図れるという優れた効果を奏し得る。 According to the gasification method and the gasification apparatus of the present invention, the raw material inside the gasification furnace is locally applied by plasma or laser in a state where the atmospheric temperature inside the gasification furnace is maintained at 800 ° C. or less and the vanadium attack is suppressed. In addition, since the gasification of the raw material is promoted by heating to 800 ° C. or more, it is possible to achieve an excellent effect that the gasification of the raw material can be promoted simultaneously with the suppression of the vanadium attack.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明を実施する形態の一例を示すブロック図あり、図１は噴流床炉１ａによるガス化炉１を備えた場合を示したもので、ガス化炉１にはホッパー２、スクリューフィーダ３等からなる原料供給装置４によりバナジウム等の重金属を含有する石油コークス、オイルサンド、ビチューメン、及び石炭等の原料５が供給されており、更に、ガス化炉１の下部からは酸化剤供給装置６により酸素、空気等の酸化剤７が供給されている。そして、ガス化炉１内部では原料５の一部が酸化剤７により燃焼してその燃焼熱で原料５のガス化を行う部分酸化が行われてガス化ガス８が生成され、生成したガス化ガス８はガス化炉１から取り出されてサイクロン等の分離装置９により固体粒子１０が分離され、清浄なガス化ガス８となって後流のガス精製設備等に供給されるようになっている。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a case where a gasification furnace 1 by a spouted bed furnace 1a is provided. The gasification furnace 1 includes a hopper 2 and a screw feeder. A raw material supply device 4 composed of 3 or the like supplies a raw material 5 such as petroleum coke, oil sand, bitumen, and coal containing heavy metals such as vanadium, and an oxidant supply device from the lower part of the gasifier 1. 6, an oxidant 7 such as oxygen or air is supplied. In the gasification furnace 1, a part of the raw material 5 is combusted by the oxidant 7, and partial oxidation for gasifying the raw material 5 with the combustion heat is performed to generate a gasified gas 8. The gas 8 is taken out from the gasification furnace 1, and solid particles 10 are separated by a separation device 9 such as a cyclone so that the gas 8 is supplied to a downstream gas purification facility or the like as a clean gasification gas 8. .

ガス化炉１には、部分酸化によってガス化炉１内部の雰囲気温度を８００℃以下の例えば７００℃に設定保持するようにした温度調節手段１１を備えている。温度調節手段１１としては、酸化剤供給装置６によって供給する酸素、空気等の酸化剤７の供給量を調節する流量調節器１２とすることができ、ガス化炉１内部の温度を検出する温度計１３の検出温度に基づいて流量調節器１２により酸化剤７の供給量を調節することによって雰囲気温度を制御することができる。図１では弁による流量調節器１２を示しているが、酸化剤供給装置６自体が酸化剤７の供給量を制御するようになっていてもよい。 The gasification furnace 1 is provided with temperature adjusting means 11 configured to maintain the atmospheric temperature inside the gasification furnace 1 at 800 ° C. or lower, for example, 700 ° C. by partial oxidation. The temperature adjusting means 11 may be a flow rate regulator 12 that adjusts the supply amount of the oxidant 7 such as oxygen or air supplied by the oxidant supply device 6, and is a temperature that detects the temperature inside the gasifier 1. The ambient temperature can be controlled by adjusting the supply amount of the oxidant 7 by the flow rate regulator 12 based on the detected temperature of the total 13. Although FIG. 1 shows the flow rate regulator 12 using a valve, the oxidant supply device 6 itself may control the supply amount of the oxidant 7.

又、温度調節手段１１は、前記酸化剤７と共に、燃焼を抑制するための燃焼抑制流体１４を供給する燃焼抑制流体添加装置１５を備えていてもよい。燃焼抑制流体添加装置１５は、窒素供給装置１５ａであってもよく、又、水供給装置１５ｂであってもよく、又、水蒸気供給装置１５ｃであってもよく、更に、図示しない酸素製造装置により酸素を分離した酸素分離後の低酸素空気を供給する低酸素空気供給装置１５ｄであってもよい。燃焼抑制流体添加装置１５では、温度計１３の検出温度に基づいて流量調節器１６により燃焼抑制流体１４の供給量を調節することによって雰囲気温度を制御するようになっている。 Further, the temperature adjusting means 11 may include a combustion suppression fluid adding device 15 that supplies a combustion suppression fluid 14 for suppressing combustion together with the oxidant 7. The combustion suppression fluid addition device 15 may be a nitrogen supply device 15a, a water supply device 15b, or a water vapor supply device 15c, and further, by an oxygen production device (not shown). A low oxygen air supply device 15d that supplies oxygen after oxygen separation after oxygen separation may be used. In the combustion suppression fluid addition device 15, the ambient temperature is controlled by adjusting the supply amount of the combustion suppression fluid 14 by the flow rate regulator 16 based on the temperature detected by the thermometer 13.

更に、前記ガス化炉１には、原料供給装置４の先端に設けた投入管１７からガス化炉１内に落下供給される原料５を局所的に加熱する局所加熱手段１８としてのプラズマ発生装置１９を設けている。プラズマ発生装置１９は負極（−）の電極２０ａと正極（＋）の電極２０ｂが対向してガス化炉１の周囲の炉壁を貫通して設けてあり、前記投入管１７から落下する原料５をプラズマによって局所的に加熱するようにしている。前記原料５は、プラズマ発生装置１９のプラズマによって瞬時に例えば１３００℃前後の任意の高温に加熱することができ、この時、加熱部分の周りの狭い範囲の温度も局所的に高められるようになって、原料５は高温により効果的にガス化されるようになっている。プラズマ発生装置１９は、図１に示すように上下に多段の電極２０ａ，２０ｂを配置したり、或いは、多段に配置する電極２０ａ，２０ｂの位置を横方向にずらしたり、或いは電極をガス化炉１の周方向に複数配置する等によって、投入管１７から落下する原料５を更に満遍なく加熱するようにしてもよい。 Further, the gasification furnace 1 includes a plasma generator as a local heating means 18 for locally heating the raw material 5 that is dropped and supplied into the gasification furnace 1 from a charging pipe 17 provided at the tip of the raw material supply apparatus 4. 19 is provided. The plasma generator 19 is provided with a negative electrode (−) electrode 20 a and a positive electrode (+) electrode 20 b facing each other and penetrating the furnace wall around the gasification furnace 1, and the raw material 5 falling from the charging pipe 17. Is heated locally by plasma. The raw material 5 can be instantaneously heated to an arbitrary high temperature of, for example, about 1300 ° C. by the plasma of the plasma generator 19, and at this time, the temperature in a narrow range around the heated portion is also locally increased. Thus, the raw material 5 is effectively gasified at a high temperature. As shown in FIG. 1, the plasma generator 19 is provided with multi-stage electrodes 20a and 20b arranged vertically, or the positions of the multi-stage electrodes 20a and 20b are shifted in the horizontal direction, or the electrodes are gasified. The raw material 5 falling from the charging pipe 17 may be further heated evenly by arranging a plurality in the circumferential direction of 1.

前記プラズマ発生装置１９によって局所加熱する際の入熱分だけガス化炉１内の温度は上昇することになるが、前記温度調節手段１１によってガス化炉１内の雰囲気温度は常に８００℃以下の例えば７００℃に設定保持されるようにしている。 Although the temperature in the gasification furnace 1 rises by the amount of heat input when locally heated by the plasma generator 19, the ambient temperature in the gasification furnace 1 is always 800 ° C. or less by the temperature adjusting means 11. For example, the temperature is set to 700 ° C.

前記ガス化炉１の底部からは取出管２１により固体粒子２２が取り出されるようになっており、この固体粒子２２と、前記分離装置９によってガス化ガス８から分離した固体粒子１０は、重金属回収手段２３に導いて重金属を回収するようにしている。即ち、前記固体粒子１０，２２は篩等の分離装置２４に導いて未燃チャー２５と灰分２６とに分離し、未燃チャー２５は再び前記原料供給装置４のホッパー２に供給し、灰分２６は溶解炉２７に供給している。溶解炉２７では酸により灰分２６中の重金属を溶解させ、重金属が溶解した溶解液２８と灰２９とに分離し、前記溶解液２８から重金属を回収するようにしている。 Solid particles 22 are taken out from the bottom of the gasification furnace 1 through an extraction pipe 21. The solid particles 22 and the solid particles 10 separated from the gasification gas 8 by the separation device 9 are recovered from heavy metals. It leads to the means 23 and collects heavy metals. That is, the solid particles 10 and 22 are guided to a separating device 24 such as a sieve to be separated into unburned char 25 and ash 26, and the unburned char 25 is supplied again to the hopper 2 of the raw material supply device 4 and ash 26 Is supplied to the melting furnace 27. In the melting furnace 27, heavy metals in the ash 26 are dissolved by an acid, separated into a solution 28 and ash 29 in which heavy metals are dissolved, and heavy metals are recovered from the solution 28.

図２は、本発明を実施する形態の他の例を示すもので、局所加熱手段１８として図１に示すプラズマ発生装置１９に代えて、レーザ発生装置３０を備えており、レーザ発生装置３０はガス化炉１の周囲の炉壁を貫通するレーザガン３１を有しており、原料供給装置４の先端の投入管１７から落下する原料５を、レーザガン３１から投射されるレーザによって局所的に加熱するようにしている。その他の構成は図１の形態と同様である。図２の形態の場合においても複数のレーザガン３１を配置することによって、投入管１７から落下する原料５を満遍なく加熱するようにしてもよい。 FIG. 2 shows another example of an embodiment for carrying out the present invention. The local heating means 18 includes a laser generator 30 instead of the plasma generator 19 shown in FIG. A laser gun 31 penetrating the furnace wall around the gasification furnace 1 is provided, and the raw material 5 falling from the charging tube 17 at the tip of the raw material supply device 4 is locally heated by a laser projected from the laser gun 31. I am doing so. Other configurations are the same as those in the embodiment of FIG. In the case of the embodiment of FIG. 2 as well, the plurality of laser guns 31 may be arranged to uniformly heat the raw material 5 falling from the charging tube 17.

図３は、本発明を実施する形態の更に他の例を示すもので、流動床炉１ｂからなるガス化炉１に適用した場合を示しており、流動床炉１ｂは、酸化剤７の供給によって分散板３２上に流動媒体と原料と未反応チャーによる流動層３３が形成されており、流動層３３を局所的に加熱するための局所加熱手段１８としてのプラズマ発生装置３４を設けている。このプラズマ発生装置３４は、電場の安定のために負極（−）の電極３５ａは流動層３３より上部に配置し、正極（＋）の電極３５ｂは流動層３３内の下部に対応して配置している。そして、プラズマ発生装置３４により流動層３３内部の原料・未反応チャーを局所的に高温に加熱することにより、ガス化を促進するようにしている。図中Ａは局所加熱部である。上記流動床炉１ｂの流動媒体に、例えばニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）等が担持された担持型触媒を用いると、低い温度でのガス化性能を向上させることができる。 FIG. 3 shows still another example of the embodiment of the present invention, and shows a case where the present invention is applied to a gasification furnace 1 composed of a fluidized bed furnace 1b. Thus, a fluidized bed 33 is formed on the dispersion plate 32 by the fluidized medium, the raw material, and the unreacted char, and a plasma generator 34 as a local heating means 18 for locally heating the fluidized bed 33 is provided. In this plasma generator 34, the negative electrode (−) electrode 35 a is arranged above the fluidized bed 33 and the positive electrode (+) electrode 35 b is arranged corresponding to the lower part in the fluidized bed 33 in order to stabilize the electric field. ing. Gasification is promoted by locally heating the raw material and unreacted char in the fluidized bed 33 to a high temperature by the plasma generator 34. A in the figure is a local heating unit. When a supported catalyst in which, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), ruthenium (Ru) or the like is supported on the fluidized medium of the fluidized bed furnace 1b, gasification performance at a low temperature can be improved. .

又、図３示に示す流動床炉１ｂによるガス化炉１において、流動層３３の上部から下方へ向けて図２に示すようなレーザ発生装置３０を設けて、レーザによって流動層３３を局所的に加熱するようにしてもよい。 Further, in the gasification furnace 1 by the fluidized bed furnace 1b shown in FIG. 3, a laser generator 30 as shown in FIG. 2 is provided from the upper part to the lower part of the fluidized bed 33, and the fluidized bed 33 is locally formed by the laser. You may make it heat to.

更に、図３の形態において、前記図１、図２に示したように投入管１７から落下する原料５を局所加熱するプラズマ発生装置１９又は、レーザ発生装置３０を合わせて備えるようにしてもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 3, a plasma generator 19 or a laser generator 30 for locally heating the raw material 5 falling from the charging tube 17 as shown in FIGS. 1 and 2 may be provided. .

又、上記形態では、噴流床炉１ａ及び流動床炉１ｂの場合について例示したが、固定床炉の場合にも同様に適用することができる。 Moreover, in the said form, although illustrated about the case of the spouted bed furnace 1a and the fluidized bed furnace 1b, it can apply similarly to the case of a fixed bed furnace.

次に、上記図示例の作動を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.

図１、図２における噴流床炉１ａによるガス化炉１では、原料供給装置４によってバナジウム等の重金属を含有する石油コークス、オイルサンド、ビチューメン、及び石炭等の原料５をガス化炉１に供給し、ガス化炉１の下部からは酸化剤供給装置６により酸素、空気等の酸化剤７を供給することにより、ガス化炉１内部で原料５の一部が酸化剤７により燃焼してその燃焼熱で原料５のガス化を行う部分酸化が行われてガス化ガス８が生成される。生成したガス化ガス８はガス化炉１から取り出されてサイクロン等の分離装置９により固体粒子１０が分離され、清浄なガス化ガス８となって後流のガス精製設備等に供給される。 In the gasification furnace 1 using the spouted bed furnace 1a in FIGS. 1 and 2, the raw material supply device 4 supplies the raw material 5 such as petroleum coke, oil sand, bitumen, and coal containing heavy metals such as vanadium to the gasification furnace 1. Then, by supplying an oxidant 7 such as oxygen or air from the lower part of the gasification furnace 1 with an oxidant supply device 6, a part of the raw material 5 is combusted by the oxidant 7 inside the gasification furnace 1. Partial oxidation for gasifying the raw material 5 with combustion heat is performed to generate gasified gas 8. The produced gasification gas 8 is taken out from the gasification furnace 1, and solid particles 10 are separated by a separation device 9 such as a cyclone. The gasified gas 8 is converted into a clean gasification gas 8 and supplied to a downstream gas purification facility or the like.

この時、局所加熱手段１８である図１のプラズマ発生装置１９、又は図２のレーザ発生装置３０を作動させて原料供給装置４の先端の投入管１７からガス化炉１内に落下供給される原料５をプラズマ又はレーザにより局所的に例えば１３００℃前後の温度に加熱する。これにより原料５はプラズマ発生装置１９又はレーザ発生装置３０によって高温に加熱されるため、原料５のガス化が大幅に促進されるようになる。 At this time, the plasma generator 19 shown in FIG. 1 as the local heating means 18 or the laser generator 30 shown in FIG. 2 is operated and supplied to the gasification furnace 1 by dropping from the input pipe 17 at the tip of the raw material supply device 4. The raw material 5 is locally heated to a temperature of, for example, about 1300 ° C. by plasma or laser. As a result, since the raw material 5 is heated to a high temperature by the plasma generator 19 or the laser generator 30, the gasification of the raw material 5 is greatly promoted.

この時、ガス化炉１内部の雰囲気温度が８００℃以下の例えば７００℃に保持されるように、温度調節手段１１を構成する流量調節器１２を調節して、酸化剤供給装置６からガス化炉に供給される酸素、空気等の酸化剤７の供給量を調節する。前記温度調節手段１１として燃焼を抑制するための燃焼抑制流体１４を供給する燃焼抑制流体添加装置１５を備えている場合には、窒素供給装置１５ａによる窒素、水供給装置１５ｂによる水、水蒸気供給装置１５ｃによる水蒸気、酸素製造装置により酸素を分離した酸素分離後の低酸素空気を供給する低酸素空気供給装置１５ｄによる低酸素空気を供給することによっても雰囲気温度を制御することができる。 At this time, gas flow from the oxidizer supply device 6 is adjusted by adjusting the flow rate regulator 12 constituting the temperature adjusting means 11 so that the atmospheric temperature inside the gasification furnace 1 is maintained at, for example, 700 ° C. which is 800 ° C. or less. The supply amount of the oxidizing agent 7 such as oxygen or air supplied to the furnace is adjusted. When the temperature control means 11 includes a combustion suppression fluid addition device 15 that supplies a combustion suppression fluid 14 for suppressing combustion, nitrogen by the nitrogen supply device 15a, water by the water supply device 15b, and a water vapor supply device The atmospheric temperature can also be controlled by supplying low-oxygen air from a low-oxygen air supply device 15d that supplies water vapor by 15c and low-oxygen air after oxygen is separated by an oxygen production apparatus.

上記したように、温度調節手段１１によってガス化炉１内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持しているので、ガス化炉１内で低融点灰が生成されるのを防止することができる。 As described above, since the temperature inside the gasification furnace 1 is kept at 800 ° C. or less by the temperature adjusting means 11, it is possible to prevent low melting point ash from being generated in the gasification furnace 1.

ここで、プラズマ発生装置１９又はレーザ発生装置３０によってガス化炉１内を局所的に１３００℃前後の高温に加熱しているために、原料５中のバナジウム等の重金属が低融点灰と共に浮游することが考えられるが、ガス化炉１内部の雰囲気温度は前記したように温度調節手段１１によって常に例えば７００℃に保持されていて、低融点灰は周囲の低い温度で直ちに冷却されて固化するため、バナジウムが低融点灰と共に炉材に付着・堆積してバナジウムアタックを生じる問題は防止することができる。 Here, since the inside of the gasification furnace 1 is locally heated to a high temperature of about 1300 ° C. by the plasma generator 19 or the laser generator 30, heavy metals such as vanadium in the raw material 5 float with the low melting point ash. However, since the atmospheric temperature inside the gasification furnace 1 is always maintained at, for example, 700 ° C. by the temperature adjusting means 11 as described above, the low melting point ash is immediately cooled and solidified at a low ambient temperature. Thus, the problem that vanadium adheres to and accumulates on the furnace material together with the low melting point ash to cause a vanadium attack can be prevented.

前記ガス化炉１の底部から取出管２１により取り出された固体粒子２２と、前記分離装置９によってガス化ガス８から分離した固体粒子１０は、重金属回収手段２３の分離装置２４に導かれて未燃チャー２５と灰分２６とに分離され、未燃チャー２５は再び前記原料供給装置４のホッパー２に供給されてガス化される。分離装置２４で分離された灰分２６は溶解炉２７に供給され、酸によって灰分２６中の重金属が溶解されることにより灰２９と分離され、前記溶解液２８からはバナジウム、ニッケル等の高価な重金属が回収される。 The solid particles 22 taken out from the bottom of the gasification furnace 1 by the take-out pipe 21 and the solid particles 10 separated from the gasification gas 8 by the separation device 9 are guided to the separation device 24 of the heavy metal recovery means 23 and are not yet removed. The unburnt char 25 is separated into the fuel char 25 and the ash 26, and the unburned char 25 is supplied again to the hopper 2 of the raw material supply device 4 and gasified. The ash 26 separated by the separation device 24 is supplied to a melting furnace 27 and is separated from the ash 29 by dissolving heavy metals in the ash 26 by an acid. From the solution 28, expensive heavy metals such as vanadium and nickel are separated. Is recovered.

図３の形態においては、プラズマ発生装置３４によって流動層３３内部の原料・未反応チャーが局所的に高温に加熱され、これによってガス化が促進されるようになり、その他の作用は前記図１、２の場合と同様である。 In the form of FIG. 3, the raw material / unreacted char in the fluidized bed 33 is locally heated to a high temperature by the plasma generator 34, thereby promoting gasification. 2 is the same as in the case of 2.

上記したように、ガス化炉１内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持してバナジウムアタックを抑制した状態において、ガス化炉１内部の原料５をプラズマ又はレーザにより局所的に８００℃以上に加熱して原料５のガス化を促進するようにしたので、バナジウムアタックの抑制と、原料５のガス化促進とを同時に達成することができる。 As described above, the raw material 5 inside the gasification furnace 1 is locally heated to 800 ° C. or more by plasma or laser in a state where the atmospheric temperature inside the gasification furnace 1 is kept at 800 ° C. or less and the vanadium attack is suppressed. Thus, since the gasification of the raw material 5 is promoted, the suppression of the vanadium attack and the promotion of the gasification of the raw material 5 can be achieved at the same time.

なお、本発明は上記形態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。 In addition, this invention is not limited only to the said form, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明を実施する形態の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the form which implements this invention. 本発明を実施する形態の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the form which implements this invention. 本発明を実施する形態の更に他の例を示すブロック図ある。It is a block diagram which shows the further another example of the form which implements this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ガス化炉
１ａ噴流床炉
１ｂ流動床炉
４原料供給装置
５原料
６酸化剤供給装置
７酸化剤
８ガス化ガス
９分離装置
１０固体粒子
１１温度調節手段
１２流量調節器
１４燃焼抑制流体
１５燃焼抑制流体添加装置
１５ａ窒素供給装置
１５ｂ水供給装置
１５ｃ水蒸気供給装置
１５ｄ低酸素空気供給装置
１８局所加熱手段
１９プラズマ発生装置
２１取出管
２２固体粒子
２３重金属回収手段
３０レーザ発生装置
３４プラズマ発生装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gasification furnace 1a Spouted bed furnace 1b Fluidized bed furnace 4 Raw material supply apparatus 5 Raw material 6 Oxidant supply apparatus 7 Oxidant 8 Gasification gas 9 Separation apparatus 10 Solid particle 11 Temperature control means 12 Flow rate regulator 14 Combustion suppression fluid 15 Combustion Suppressed fluid addition device 15a Nitrogen supply device 15b Water supply device 15c Water vapor supply device 15d Low oxygen air supply device 18 Local heating means 19 Plasma generator 21 Extraction pipe 22 Solid particles 23 Heavy metal recovery means 30 Laser generator 34 Plasma generator

Claims

バナジウムを含む重金属含有の原料を酸化剤が供給されたガス化炉に供給して部分酸化によりガス化ガスを生成するガス化方法であって、温度調節手段によりガス化炉内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持してバナジウムアタックを抑制すると共に、ガス化炉内部の原料をプラズマ又はレーザにより局所的に８００℃以上に加熱して原料のガス化を促進することを特徴とするガス化方法。 A gasification method for generating a gasification gas by partial oxidation by supplying a heavy metal-containing raw material containing vanadium to a gasification furnace to which an oxidant is supplied. A gasification method characterized by suppressing vanadium attack by maintaining the temperature below ℃, and promoting the gasification of the material by locally heating the material inside the gasification furnace to 800 ℃ or more by plasma or laser.

ガス化炉内底部から取出した固体粒子及び／又はガス化ガスから分離した固体粒子を処理して重金属を回収する請求項１に記載のガス化方法。 The gasification method according to claim 1, wherein the solid particles recovered from the bottom of the gasification furnace and / or the solid particles separated from the gasification gas are treated to recover heavy metals.

バナジウムを含む重金属含有の原料を酸化剤が供給されたガス化炉に供給して部分酸化によりガス化ガスを生成するガス化装置であって、ガス化炉内部の雰囲気温度を８００℃以下に保持するための温度調節手段と、ガス化炉内部の原料を局所的に８００℃以上に加熱するプラズマ発生装置又はレーザ発生装置とを有することを特徴とするガス化装置。 A gasification apparatus that generates gasification gas by partial oxidation by supplying a heavy metal-containing raw material containing vanadium to a gasification furnace supplied with an oxidant, and maintains the atmospheric temperature inside the gasification furnace at 800 ° C. or lower . A gasification apparatus comprising: a temperature control means for performing a heating operation; and a plasma generator or a laser generator that locally heats the raw material in the gasification furnace to 800 ° C. or higher .

ガス化炉は、噴流床炉である請求項３に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 3, wherein the gasifier is a spouted bed furnace.

ガス化炉は、固定床炉である請求項３に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 3, wherein the gasifier is a fixed bed furnace.

ガス化炉は、流動床炉である請求項３に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 3, wherein the gasifier is a fluidized bed furnace.

流動床炉に、金属担持型触媒からなる流動媒体を用いる請求項６に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 6, wherein a fluidized medium comprising a metal-supported catalyst is used for the fluidized bed furnace.

温度調節手段は、前記酸化剤の供給量を調節する流量調節器である請求項３に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 3, wherein the temperature adjusting means is a flow rate controller for adjusting a supply amount of the oxidizing agent.

温度調節手段は、酸化剤と共に燃焼を抑制する流体を供給する燃焼抑制流体添加装置である請求項３又は８に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 3 or 8, wherein the temperature adjusting means is a combustion suppressing fluid adding device that supplies a fluid that suppresses combustion together with an oxidant.

燃焼抑制流体添加装置は、窒素供給装置である請求項９に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 9, wherein the combustion-suppressing fluid addition device is a nitrogen supply device.

燃焼抑制流体添加装置は、水供給装置である請求項９に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 9, wherein the combustion-suppressing fluid addition device is a water supply device.

燃焼抑制流体添加装置は、水蒸気供給装置である請求項９に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 9, wherein the combustion suppression fluid addition device is a water vapor supply device.

燃焼抑制流体添加装置は、酸素製造装置により酸素を分離した酸素分離後の低酸素空気を供給する低酸素空気供給装置である請求項９に記載のガス化装置。 The gasifier according to claim 9, wherein the combustion-suppressing fluid addition device is a low-oxygen air supply device that supplies low-oxygen air after oxygen separation from which oxygen has been separated by an oxygen production device.

ガス化炉内底部から取り出した固体粒子及び／又はガス化ガスから分離して取り出した固体粒子を導入し、固体粒子から重金属を回収する重金属回収手段を有する請求項３に記載のガス化装置。 The gasification apparatus according to claim 3, further comprising heavy metal recovery means for introducing solid particles taken out from the bottom of the gasification furnace and / or solid particles taken out from the gasification gas and recovering heavy metals from the solid particles.