JP5713592B2 - 熱分解付着物除去方法及び熱分解ガス化システム - Google Patents
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Description
上記バイオマス熱分解ガス化システムを運転すると、配管内壁や配管の途中に設置されるファン14のインペラなどに、熱分解ガスが凝縮すると共にダスト分が付着したり堆積する。付着物及び堆積物(以下付着物)の量が増加すると、配管の閉塞やインペラのバランス悪化のため、ファンの出力が増大して振動が増加するなど連続運転に支障が生じる。このため、熱分解ガス化システムを定期的に停止させ、配管内部を清掃して付着物を除去する必要があった。
特許文献1には、600℃以上の燃焼分解では管の材質劣化が避けられないため厳密な運転管理が必要であると記載されている。また、付着物が多量の場合にスポーリングを実施すると、剥離したコークにより管が閉塞することが問題であることが記載されている。これを防止するために、特許文献1に開示の技術は、管内に付着した原油等に起因するコークを、空気と水蒸気または不活性気体の混合雰囲気下において、温度350℃〜500℃、酸素濃度3体積%〜21体積%の条件化でデコーキングを実施するものである。
燃焼分解を、酸素濃度5体積%以上13体積%以下の不活性ガス及び酸素の混合ガス雰囲気下で実施すると、部分燃焼により熱分解付着物が酸化され、固体から気体への相変化が促進される。また、本発明では、膜分離装置のような安価な装置を用いて上述の酸素濃度範囲に調整できるために、ライフサイクルコストを低減することが可能である。酸素濃度が5体積%よりも低くなると、反応性が急激に低下する。一方、酸素濃度が13体積%を超えると、暴走的な燃焼が起こり、反応の制御が困難となる。
本発明の熱分解付着物除去方法では、配管の空塔速度が1m/s程度の低流速で燃焼分解させることができるため、混合ガスの供給量が抑制される。このため、ライフサイクルコストを低減することが可能となる。
ガス温度または配管の鉄皮温度(配管外表面の温度)が上記温度範囲を満たすように熱分解付着物を燃焼分解させれば、配管の損傷及び劣化を防止することができる。
厚い付着物の堆積層が形成された部分に常温の圧縮空気を噴射すると、噴射による衝撃により堆積層にクラックが発生する。また、燃焼後の灰分が下流側に向かって飛散する。これにより、熱分解付着物と酸素との接触面が増大するため、反応率が向上する。配管内壁への圧縮空気の噴射は、堆積物が多いバイオマスを原料とする熱分解ガス化システムにおいて特に有効である。また、本発明では常温の圧縮空気を利用することから、一般的に導入されているスチームスポーリングと比較してライフサイクルコストを大幅に低減することが可能である。
図1に示すバイオマス熱分解ガス化システムにおいて、ファン14の出力が基準値を超えた場合、あるいは、バイオマス熱分解ガス化システムを一定期間運転後に、熱分解ガス化炉が停止される。次いで、配管内壁及びファンのインペラなどに堆積した熱分解付着物の燃焼分解除去(デコーキング)が実施される。
酸化剤中の酸素濃度は、酸素濃度が5体積%未満の窒素を主とする低酸素濃度ガスと圧縮空気との混合比を変えることにより調整される。低酸素濃度ガスは、気体膜分離装置や圧力スイング装置(PSA)を用いて製造することができる。例えば、低酸素濃度ガス貯蔵タンクと圧縮空気タンクとが設置され、低酸素濃度ガスと圧縮空気とが所望の比率で混合されてから、酸化剤供給口から配管内に供給される。
配管内に供給される酸化剤は、常温であることが好ましい。常温とは、圧縮空気タンク及び低酸素濃度ガス貯蔵タンクが設置される場所の温度(外気温)と同等の温度であり、例えば25℃程度とされる。
このような構成とすることにより、圧縮空気を生成するための空気圧縮機が不要となり、酸化剤製造に必要な動力を低減することが可能となる。
温度400℃に比べて、温度600℃及び800℃では質量減少量が大きいことから、反応性が向上していると言える。温度600℃及び800℃の反応性はほぼ同等であった。図3の結果は、反応性と配管材質とを考慮すると、温度600℃程度でのデコーキングが有利であることを示している。
本実験では、デコーキング中に酸化剤中の酸素濃度を12%から5%未満(約4.7%)に低下させたところ、酸素濃度を低下させるのとほぼ同時に各部におけるガス温度及び鉄皮温度が低下し始め、再び酸化剤中の酸素濃度を12%に上昇させると、各部でのガス温度及び鉄皮温度が上昇した。この結果は、デコーキング中に酸化剤中の酸素濃度を変化させることにより、ガス温度の調整が可能であることを示している。
配管傾斜部16では、ガス流れ方向の複数個所に上記ブラストノズルを設置することができる。ガス流れ方向のブラストノズル設置間隔は、例えば、ノズルから噴射された圧縮空気が配管(熱分解付着物)に到達した位置か消失するまでの距離をシミュレーションにより算出して決定される。
11 熱分解ガス化炉
12 配管
13 燃焼炉
14 ファン
15 熱分解ガス化炉出口
16 配管傾斜部
20 ブラストノズル
L,M,N 酸化剤供給口
Claims (10)
- 下水汚泥や木質バイオマスなどのバイオマスの熱分解ガス化システムにおいて、
熱分解ガス化炉と燃焼炉との間に設けられる配管に、酸素濃度が5体積%以上13体積%以下の不活性ガス及び酸素の混合ガスを流通させ、ガス温度500℃以上の条件で、前記配管の内壁に付着した熱分解付着物を燃焼させて除去するとともに、
前記配管の一箇所または複数の箇所で前記配管内のガス温度が計測され、該計測されたガス温度の少なくとも1つの値が650℃を超える場合に、前記配管内を流通する前記混合ガスの酸素濃度を、5体積%未満に減少させる熱分解付着物除去方法。 - 前記ガス温度が650℃以下の条件で、前記熱分解付着物を除去する請求項1に記載の熱分解付着物除去方法。
- 前記配管の鉄皮温度が600℃以下の条件で、前記熱分解付着物を除去する請求項1に記載の熱分解付着物除去方法。
- 常温とされる前記混合ガスが、前記配管内に供給される請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の熱分解付着物除去方法。
- 前記混合ガスが、前記配管の途中に設けられるファンよりも上流側の配管内に供給される請求項4に記載の熱分解付着物除去方法。
- 前記配管の傾斜部分の内壁に、常温の圧縮空気が噴射される請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の熱分解付着物除去方法。
- 前記熱分解付着物が燃焼して発生する排ガスが、前記燃焼炉において補助燃料と混合されるとともに、温度700℃以上で酸化処理される請求項1に記載の熱分解付着物除去方法。
- 下水汚泥や木質バイオマスなどのバイオマスの熱分解ガス化システムであって、
熱分解ガス化炉と、
該熱分解ガス化炉の下流側に設けられる燃焼炉と、
前記熱分解ガス化炉と前記燃焼炉との間に設けられる配管とを備え、
前記配管に接続され、不活性ガス及び酸素の混合ガスとされる酸化剤を前記配管に供給するための酸化剤供給口と、
前記酸化剤の酸素濃度を5体積%以上13体積%以下に調整するための酸化剤調整部と、
前記配管の内壁を加熱するための加熱部と、
前記配管の内側を流通するガスの温度を計測するガス温度検出部と、
前記ガスの温度を500℃以上に制御するためのガス温度制御部と
を備え、
前記ガス温度検出部が前記配管の一箇所または複数の箇所で前記配管内のガス温度を計測し、
計測された前記ガス温度の少なくとも1つの値が650℃を超える場合に、前記配管内を流通する前記酸化剤の酸素濃度を5体積%未満に減少させる熱分解ガス化システム。 - 前記酸化剤調整部が、前記配管を流通する排ガスを採取するためのダクトと、該採取された排ガスと空気とを混合する混合部とを備える請求項8に記載の熱分解ガス化システム。
- 前記配管の内壁に、圧縮空気を噴射するためのブラストノズルを更に備える請求項8に記載の熱分解ガス化システム。
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