JP6369161B2 - タール改質炉 - Google Patents
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Description
本発明は、タール改質炉に関するものである。
従来、燃料として、石炭、木質系バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体燃料を用い、ガス化ガス(COとH2の混合ガスであるシンガス)を生成する燃料ガス化設備の開発が進められている。
一般に、ガス化炉において低温(600〜900℃)で前記固体燃料のガス化を行った場合、生成されるシンガス中にはタールが含まれており、該タールを含むシンガスは温度を下げていくとタールが凝縮するため、シンガスを化学合成原料や発電用燃料等に利用する際には、下流側の精製プロセスや化学合成プロセス、発電プロセスにおいて、タールによる配管閉塞や機器類のトラブル、タール付着による合成触媒の被毒等といった問題が引き起こされる。
前記シンガス中に含まれるタール分を除去する技術としては、従来、酸化改質炉による高温でのタール改質がある。これは、ガス化炉において生成したシンガスを酸化改質炉へ導入し、該酸化改質炉において、前記シンガスに酸素や空気を付加して燃焼させることで温度を1000〜1400℃程度に上げると同時にタール分を酸化改質・水蒸気改質させるという技術である。
しかし、従来の一般的な酸化改質を用いたタール改質炉では、酸素購入費用、或いは純酸素の製造設備費用及び運転費用が嵩み、ガス化システム全体のコストアップ要因となっていた。
こうした不具合を解消するタール改質炉の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1、2がある。
特許文献1に記載のタール改質炉は、酸化改質を用いたタール改質炉ではなく、昇温されるハニカム構造の蓄熱体においてタールを分解・除去しているが、蓄熱体を回転駆動する回転機構を有するため、構造が複雑になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が短いため、充分にタール改質が行われない可能性が高くなっていた。又、回転体部におけるシンガスのリーク(漏れ)が懸念され、改質後のガス中にタール分が残る可能性があると考えられる。
又、特許文献2に記載のタール改質炉では、一方の交番導入ダクトからタールを含む排ガスを高温の蓄熱体に流通させて予熱し、炉内で更に加熱燃焼させてタールを除去し、該タール除去後の排ガスにより他方の蓄熱体を加熱して他方の交番排出ダクトから排出し、以降、排ガスの流通を交互に切り換えることで再生式のタール改質炉を構成しているが、切り換えのタイミングで未改質のタールを含む排ガスが一方の交番導入ダクトからそのまま一方の交番排出ダクトへ排出されてしまう虞があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得るタール改質炉を提供しようとするものである。
本発明は、内部にシンガスの流通路が形成される一次改質炉と、
該一次改質炉の一端側導入出口に設けられる一端側蓄熱体と、
前記一次改質炉の他端側導入出口に設けられる他端側蓄熱体と、
前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路にシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統と、
該シンガス切換導入系統にて前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路に導入されたシンガスに酸化剤を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統と、
該一次酸化剤切換供給系統にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統と、
該シンガス切換導出系統にて一次改質炉から導出されるシンガスが導入される二次改質炉と、
該二次改質炉に導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統及びシンガス切換導出系統の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統と
を備えたことを特徴とするタール改質炉にかかるものである。
該一次改質炉の一端側導入出口に設けられる一端側蓄熱体と、
前記一次改質炉の他端側導入出口に設けられる他端側蓄熱体と、
前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路にシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統と、
該シンガス切換導入系統にて前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路に導入されたシンガスに酸化剤を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統と、
該一次酸化剤切換供給系統にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統と、
該シンガス切換導出系統にて一次改質炉から導出されるシンガスが導入される二次改質炉と、
該二次改質炉に導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統及びシンガス切換導出系統の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統と
を備えたことを特徴とするタール改質炉にかかるものである。
前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導入系統からシンガスを一次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成することが好ましい。
又、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導出系統からシンガスを二次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を二次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成することが好ましい。
一方、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の一端側導入出口に供給されて一端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした一方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした一方の側の流通路の軸線方向へ導入し、
前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の他端側導入出口に供給されて他端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした他方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした他方の側の流通路の軸線方向へ導入するよう構成することが好ましい。
前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の他端側導入出口に供給されて他端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした他方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした他方の側の流通路の軸線方向へ導入するよう構成することが好ましい。
又、前記タール改質炉においては、前記シンガス切換導出系統からシンガスを円形断面とした二次改質炉の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉の軸線方向へ導入するよう構成することが好ましい。
更に、前記タール改質炉においては、前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体とに付着した異物を除去するスートブロワを備えることが好ましい。
本発明のタール改質炉によれば、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得るという優れた効果を奏し得る。
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〜図4は本発明のタール改質炉の実施例であって、該タール改質炉が設けられるシステムは、例えば、図4に示す如く、固体燃料のガス化を行うガス化炉1と、該ガス化炉1で生成されたシンガスの除塵を行う除塵装置2と、該除塵装置2で除塵が行われたシンガスからタールを分解・除去するタール改質炉3とを備えている。このシステムでは、前記ガス化炉1において生成されたタールを含むシンガスを除塵装置2で除塵してタール改質炉3へ導入し、該タール改質炉3でタールを分解・除去し、該タールが分解・除去されたガスを図示していない前処理や精製処理を行った後、発電に利用したり、或いはメタン、ジメチルエーテル(DME)、メタノール等の合成ガス製品として利用したりするようになっている。
前記タール改質炉3は、図1に示す如く、内部にシンガスの流通路4a,4b及び連通路4cが形成される断面U字形の一次改質炉4を配置し、該一次改質炉4の一端側導入出口5aに一端側蓄熱体6aを設け、前記一次改質炉4の他端側導入出口5bに他端側蓄熱体6bを設けてある。
前記一次改質炉4の一端側導入出口5aと他端側導入出口5bには、前記一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bのいずれか一方の側から前記一次改質炉4の流通路4a,4bにシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統7を接続してある。
前記一次改質炉4の流通路4a,4bには、前記シンガス切換導入系統7にて前記一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bのいずれか一方の側から前記一次改質炉4の流通路4a,4bに導入されたシンガスに酸化剤(酸素又は空気)を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統8を接続してある。
前記一次改質炉4の一端側導入出口5aと他端側導入出口5bには、前記一次酸化剤切換供給系統8にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bのいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統9を接続してある。
前記シンガス切換導出系統9にて一次改質炉4から導出されるシンガスが導入される二次改質炉10を配置し、該二次改質炉10には、導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統7及びシンガス切換導出系統9の切換時にのみ酸化剤(酸素又は空気)を供給する二次酸化剤供給系統11を接続してある。
前記シンガス切換導入系統7は、前記ガス化炉1から除塵装置2(図4参照)を経てシンガスが導かれるシンガス供給ライン7Lを分岐させて一次改質炉4の一端側導入出口5aと他端側導入出口5bに接続し、該シンガス供給ライン7Lの分岐点よりガス流通方向下流位置にそれぞれ、制御器12からの切換制御信号7sにより交互に開閉されるシンガス導入開閉弁7a,7bを設けてなる構成を有している。
前記一次酸化剤切換供給系統8は、酸化剤が導かれる一次酸化剤供給ライン8Lを一次改質炉4の一端側蓄熱体6aの下方位置における流通路4aと他端側蓄熱体6bの下方位置における流通路4bとに接続し、該各一次酸化剤供給ライン8Lにそれぞれ、制御器12からの切換制御信号8sにより交互に開閉される一次酸化剤開閉弁8a,8bを設けてなる構成を有している。
前記シンガス切換導出系統9は、前記一次改質炉4の一端側導入出口5aと他端側導入出口5bに接続したシンガス導出ライン9Lにそれぞれ、制御器12からの切換制御信号9sにより交互に開閉されるシンガス導出開閉弁9a,9bを設け、該シンガス導出ライン9Lを合流させて前記二次改質炉10に接続してなる構成を有している。
前記二次酸化剤供給系統11は、酸化剤が導かれる二次酸化剤供給ライン11Lを二次改質炉10の上部に接続し、該二次酸化剤供給ライン11Lに、制御器12からの切換制御信号11sにより開閉される二次酸化剤開閉弁11aを設けてなる構成を有している。
尚、前記二次改質炉10の下流側には、シンガスを誘引する通風機13を設けてある。又、シンガス導入前に一次改質炉4の内部を所定温度(およそ1100℃程度)まで昇温可能となるよう、前記一次改質炉4の一端側蓄熱体6aの下方位置における流通路4aと他端側蓄熱体6bの下方位置における流通路4b若しくは連通路4cには、都市ガス等を利用した予熱バーナ(図示せず)を設けてある。
一方、前記シンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7Lからシンガスを一次改質炉4の軸線方向へ導入すると共に、図2に示す如く、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ライン8Lから酸化剤を一次改質炉4の軸線を中心とする仮想円C1の接線方向へ供給するよう構成することが、シンガスに対する酸化剤の混合を促進する上で好ましい。尚、図2の例では、前記一次酸化剤供給ライン8Lを一次改質炉4の円周方向へ四本接続してあるが、該一次酸化剤供給ライン8Lの本数はこれに限定されるものではない。
又、前記シンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9Lからシンガスを二次改質炉10の軸線方向へ導入すると共に、図3に示す如く、前記二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11Lから酸化剤を二次改質炉10の軸線を中心とする仮想円C2の接線方向へ供給するよう構成することが、シンガスに対する酸化剤の混合を促進する上で好ましい。尚、図3の例では、前記二次酸化剤供給ライン11Lを二次改質炉10の円周方向へ四本接続してあるが、該二次酸化剤供給ライン11Lの本数はこれに限定されるものではない。
次に、上記実施例の作用を説明する。
図4に示す如く、前記ガス化炉1において生成されたタールを含むシンガスは除塵装置2で除塵されてタール改質炉3へ導入される。尚、タール改質炉3へのシンガス導入前には、都市ガス等を利用した予熱バーナ(図示せず)により、一次改質炉4の内部は所定温度(およそ1100℃程度)まで昇温させてある。
図1においては、制御器12からの切換制御信号7sにより一次改質炉4の一端側導入出口5aへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7aが開かれ且つ一次改質炉4の他端側導入出口5bへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7bが閉じられている。この状態では、制御器12からの切換制御信号9sにより一端側導入出口5aに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9aは閉じられ且つ他端側導入出口5bに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9bは開かれている。このとき、制御器12からの切換制御信号8sにより、一次改質炉4の一端側蓄熱体6aの下方位置における流通路4aに接続された一次酸化剤切換供給系統8の一方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8aは開かれ且つ一次改質炉4の他端側蓄熱体6bの下方位置における流通路4bに接続された一次酸化剤切換供給系統8の他方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8bは閉じられている。
この状態で、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉4の一端側導入出口5aから一端側蓄熱体6aを通過し予熱された後、酸化剤が吹き付けられて酸化改質され、流通路4a、連通路4c、流通路4bを流れて他端側蓄熱体6bを通過し他端側導入出口5bから二次改質炉10へ導かれ、該二次改質炉10を経て下流側へ圧送される。
予め設定された所定時間(数秒〜数十秒)経過後、図1において、制御器12からの切換制御信号7sにより一次改質炉4の一端側導入出口5aへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7aが閉じられ且つ一次改質炉4の他端側導入出口5bへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7bが開かれた状態となる。制御器12からの切換制御信号9sにより一端側導入出口5aに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9aは開かれ且つ他端側導入出口5bに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9bは閉じられた状態となる。このとき、制御器12からの切換制御信号8sにより、一次改質炉4の一端側蓄熱体6aの下方位置における流通路4aに接続された一次酸化剤切換供給系統8の一方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8aは閉じられ且つ一次改質炉4の他端側蓄熱体6bの下方位置における流通路4bに接続された一次酸化剤切換供給系統8の他方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8bは開かれる。
この状態では、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉4の他端側導入出口5bから他端側蓄熱体6bを通過し予熱された後、酸化剤が吹き付けられて酸化改質され、流通路4b、連通路4c、流通路4aを流れて一端側蓄熱体6aを通過し一端側導入出口5aから二次改質炉10へ導かれ、該二次改質炉10を経て下流側へ圧送される。
前述の如く、前記シンガス切換導入系統7とシンガス切換導出系統9と一次酸化剤切換供給系統8とを所定時間毎に交互に切り換えることにより、前記シンガスが一端側蓄熱体6aを通過する際に予熱されて他端側蓄熱体6bを通過する際に該他端側蓄熱体6bを加熱する作動と、前記シンガスが他端側蓄熱体6bを通過する際に予熱されて一端側蓄熱体6aを通過する際に該一端側蓄熱体6aを加熱する作動とが繰り返し行われ、シンガス中に含まれるタールの改質が連続的に行われる。
ここで、前記シンガス切換導出系統9の各シンガス導出開閉弁9a,9bの切換時にはそのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口5aからそのまま一方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたり、或いは他端側導入出口5bからそのまま他方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたりすることがある。
しかし、前記シンガス切換導出系統9の各シンガス導出開閉弁9a,9bの切換時にはそのタイミングに合わせて、制御器12からの切換制御信号11sにより、二次改質炉10の上部に接続した二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11L途中の二次酸化剤開閉弁11aが開かれ、酸化剤が二次改質炉10へ供給される。このため、二次改質炉10において未改質のタールは改質され、下流側へ排出されることが避けられる。
この結果、特許文献1に記載のタール改質炉のように、蓄熱体を回転駆動する回転機構が必要ではなくなるため、構造が簡単になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が長く取れるため、充分にタール改質を行うことが可能となる。
又、特許文献2に記載のタール改質炉とは異なり、切り換えのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口5aからそのまま一方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたり、或いは他端側導入出口5bからそのまま他方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたりしたとしても、二次改質炉10においてシンガス切換導入系統7及びシンガス切換導出系統9の切換時にのみ酸化剤が供給されるため、未改質のタールは改質され、下流側へ排出されてしまう心配もない。
一方、前記シンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7Lからシンガスは一次改質炉4の軸線方向へ導入されると共に、図2に示す如く、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ライン8Lから酸化剤は一次改質炉4の軸線を中心とする仮想円C1の接線方向へ供給される。このため、一次改質炉4の軸線方向へ導入されるシンガスに対し、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、一次改質炉4の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
又、前記シンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9Lからシンガスは二次改質炉10の軸線方向へ導入されると共に、図3に示す如く、前記二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11Lから酸化剤は二次改質炉10の軸線を中心とする仮想円C2の接線方向へ供給される。このため、二次改質炉10の軸線方向へ導入されるシンガスに対しても、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、切換時に未改質のタールを含むシンガスが二次改質炉10へ導入された場合、二次改質炉10の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
こうして、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得る。
そして、前記シンガス切換導入系統7からシンガスを一次改質炉4の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8から酸化剤を一次改質炉4の軸線を中心とする仮想円C1の接線方向へ供給するよう構成すると、一次改質炉4の軸線方向へ導入されるシンガスに対し、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、一次改質炉4の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
又、前記シンガス切換導出系統9からシンガスを二次改質炉10の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統11から酸化剤を二次改質炉10の軸線を中心とする仮想円C2の接線方向へ供給するよう構成すると、二次改質炉10の軸線方向へ導入されるシンガスに対しても、酸化剤が旋回流となって混合が促進され、切換時に未改質のタールを含むシンガスが二次改質炉10へ導入された場合、二次改質炉10の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
図5〜図9は本発明のタール改質炉の他の実施例であって、図中、図1〜図4と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1〜図4に示すものと同様である。
他の実施例では、図5及び図6に示す如く、前記シンガス切換導入系統7から一次改質炉4の一端側導入出口5aに供給されて一端側蓄熱体6aを通過したシンガスを、一次改質炉4の円形断面とした一方の側の流通路4aの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8から酸化剤を一次改質炉4の前記円形断面とした一方の側の流通路4aの軸線方向へ導入するようにしてある。同様に、前記シンガス切換導入系統7から一次改質炉4の他端側導入出口5bに供給されて他端側蓄熱体6bを通過したシンガスを、一次改質炉4の円形断面とした他方の側の流通路4bの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8から酸化剤を一次改質炉4の前記円形断面とした他方の側の流通路4bの軸線方向へ導入するようにしてある。
上記の構成とするために、前記一次改質炉4の一端側蓄熱体6aが充填される一端側蓄熱ユニット14aを、一次改質炉4の流通路4aから分割形成し、該流通路4a上部と前記一端側蓄熱ユニット14a上部とを導入出ライン15aによって接続し、該導入出ライン15aは、円形断面とした一方の側の流通路4aの接線方向へ延びるよう配設してある。同様に、前記一次改質炉4の他端側蓄熱体6bが充填される他端側蓄熱ユニット14bを、一次改質炉4の流通路4bから分割形成し、該流通路4b上部と前記他端側蓄熱ユニット14b上部とを導入出ライン15bによって接続し、該導入出ライン15bは、円形断面とした他方の側の流通路4bの接線方向へ延びるよう配設してある。
又、図7に示す如く、前記シンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9Lからシンガスを円形断面とした二次改質炉10の接線方向へ供給すると共に、図5に示す如く、前記二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11Lから酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉10の軸線方向へ導入するようにしてある。
前記一次改質炉4の流通路4a,4bへ酸化剤を導入するための一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ノズル8Nの先端部には、図8(a)及び図8(b)に示す如く、複数個(例えば、四個)の噴出孔8hを穿設し、一次酸化剤を流通路4a,4bへ広角に吹き込んでシンガスとの混合をより促進するようにしてある。尚、前記一次酸化剤供給ノズル8Nは、一個の噴出孔8hが穿設されたノズルを複数本配設するようにしても良い。又、図示していないが、前記二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ノズルの先端部に、前述と同様に、複数個の噴出孔を穿設し、二次酸化剤を二次改質炉10へ広角に吹き込んでシンガスとの混合をより促進するようにしたり、或いは前記二次酸化剤供給ノズルとして、一個の噴出孔が穿設されたノズルを複数本配設したりするようにしても良い。
更に、前記一端側蓄熱ユニット14aには、図5に示す如く、前記一端側蓄熱体6aに付着した煤等の異物を除去するスートブロワ16a,16a´を配設し、前記他端側蓄熱ユニット14bには、前記他端側蓄熱体6bに付着した煤等の異物を除去するスートブロワ16b,16b´を配設してある。前記スートブロワ16a,16a´には、窒素等の不活性ガス或いは水蒸気といった噴射流体が導かれる噴射流体ライン17Lを分岐させて接続し、該噴射流体ライン17Lの分岐点より噴射流体流通方向下流位置にそれぞれ、制御器12からの切換制御信号17sにより交互に開閉される噴射流体開閉弁17a,17a´を設けてある。前記スートブロワ16b,16b´には、窒素等の不活性ガス或いは水蒸気といった噴射流体が導かれる噴射流体ライン17Lを分岐させて接続し、該噴射流体ライン17Lの分岐点より噴射流体流通方向下流位置にそれぞれ、制御器12からの切換制御信号17sにより交互に開閉される噴射流体開閉弁17b,17b´を設けてある。
前記一端側蓄熱ユニット14aの底部には、前記スートブロワ16a,16a´の作動によって落とされた煤等の異物を回収するためのポット18aを、必要に応じて開閉される回収弁19aが設けられた排出管20aを介して接続し、前記他端側蓄熱ユニット14bの底部には、前記スートブロワ16b,16b´の作動によって落とされた煤等の異物を回収するためのポット18bを、必要に応じて開閉される回収弁19bが設けられた排出管20bを介して接続してある。又、前記一次改質炉4の連通路4cの底部には、前記スートブロワ16a,16a´や前記スートブロワ16b,16b´の作動により流通路4a,4bへ流れ込んだ煤等の異物を回収するためのポット18を、必要に応じて開閉される回収弁19が設けられた排出管20を介して接続してある。
前記一端側蓄熱ユニット14aの一端側導入出口5aに対するシンガス供給ライン7Lの接続端には、一端側導入出口5a内部で下向きに開口するベンド管21aを設けると共に、前記一端側蓄熱ユニット14aの一端側導入出口5aに対するシンガス導出ライン9Lの接続端には、一端側導入出口5a内部で下向きに開口するベンド管22aを設け、前記煤等の異物がシンガス供給ライン7Lやシンガス導出ライン9Lに蓄積しないようにしてある。同様に、前記他端側蓄熱ユニット14bの他端側導入出口5bに対するシンガス供給ライン7Lの接続端には、他端側導入出口5b内部で下向きに開口するベンド管21bを設けると共に、前記他端側蓄熱ユニット14bの他端側導入出口5bに対するシンガス導出ライン9Lの接続端には、他端側導入出口5b内部で下向きに開口するベンド管22bを設け、前記煤等の異物がシンガス供給ライン7Lやシンガス導出ライン9Lに蓄積しないようにしてある。
前記一端側蓄熱ユニット14aの内部には、支持部材23a上に載置する形で前記一端側蓄熱体6aを配設し、前記他端側蓄熱ユニット14bの内部には、支持部材23b上に載置する形で前記他端側蓄熱体6bを配設するようにしてある。
次に、上記他の実施例の作用を説明する。
図4に示す如く、前記ガス化炉1において生成されたタールを含むシンガスは除塵装置2で除塵されてタール改質炉3へ導入される。
図5においては、制御器12からの切換制御信号7sにより一端側蓄熱ユニット14aの一端側導入出口5aへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7aが開かれ且つ他端側蓄熱ユニット14bの他端側導入出口5bへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7bが閉じられている。この状態では、制御器12からの切換制御信号9sにより一端側導入出口5aに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9aは閉じられ且つ他端側導入出口5bに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9bは開かれている。このとき、制御器12からの切換制御信号8sにより、一次改質炉4の流通路4aの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統8の一方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8aは開かれ且つ一次改質炉4の流通路4bの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統8の他方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8bは閉じられている。
この状態で、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉4の一端側導入出口5aから一端側蓄熱体6aを通過し予熱された後、図6に示す如く、導入出ライン15aから円形断面とした一方の側の流通路4aの接線方向へ供給されると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ライン8Lから酸化剤が一次改質炉4の前記円形断面とした一方の側の流通路4aの軸線方向へ導入される。このため、一次改質炉4の円形断面とした一方の側の流通路4a内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉4の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。しかも、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ノズル8Nの先端部には、図8(a)及び図8(b)に示す如く、複数個(例えば、四個)の噴出孔8hが穿設されているため、一次酸化剤は流通路4aへ広角に吹き込まれてシンガスとの混合がより促進される。因みに、図9に示す如く、一次酸化剤供給ノズル8Nの噴出孔8hの数を四個とした場合、一個の場合より重質タール濃度と軽質タール濃度がいずれも低くなると共に、改質率が向上することが実験によって確認されている。酸化剤が吹き付けられて酸化改質されたシンガスは、流通路4aから、連通路4c、流通路4b、導入出ライン15bを流れて他端側蓄熱体6bを通過し他端側導入出口5bから二次改質炉10へ導かれ、該二次改質炉10を経て下流側へ圧送される。
予め設定された所定時間(数秒〜数十秒)経過後、図5において、制御器12からの切換制御信号7sにより一次改質炉4の一端側導入出口5aへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7aが閉じられ且つ一次改質炉4の他端側導入出口5bへ通じるシンガス切換導入系統7のシンガス供給ライン7L途中のシンガス導入開閉弁7bが開かれた状態となる。制御器12からの切換制御信号9sにより一端側導入出口5aに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9aは開かれ且つ他端側導入出口5bに接続されるシンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9L途中のシンガス導出開閉弁9bは閉じられた状態となる。このとき、制御器12からの切換制御信号8sにより、一次改質炉4の流通路4aの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統8の一方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8aは閉じられ且つ一次改質炉4の流通路4bの軸線方向に接続された一次酸化剤切換供給系統8の他方の一次酸化剤供給ライン8L途中に設けられている一次酸化剤開閉弁8bは開かれる。
この状態では、前記タールを含むシンガスは、一次改質炉4の他端側導入出口5bから他端側蓄熱体6bを通過し予熱された後、図6に示す如く、導入出ライン15bから円形断面とした他方の側の流通路4bの接線方向へ供給されると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ライン8Lから酸化剤が一次改質炉4の前記円形断面とした他方の側の流通路4bの軸線方向へ導入される。このため、一次改質炉4の円形断面とした他方の側の流通路4b内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉4の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。しかも、前記一次酸化剤切換供給系統8の一次酸化剤供給ノズル8Nの先端部には、図8(a)及び図8(b)に示す如く、複数個(例えば、四個)の噴出孔8hが穿設されているため、一次酸化剤は流通路4bへ広角に吹き込まれてシンガスとの混合がより促進される。因みに、図9に示す如く、一次酸化剤供給ノズル8Nの噴出孔8hの数を四個とした場合、一個の場合より重質タール濃度と軽質タール濃度がいずれも低くなると共に、改質率が向上する。このことが実験によって確認されていることは前述した通りである。酸化剤が吹き付けられて酸化改質されたシンガスは、流通路4bから、連通路4c、流通路4a、導入出ライン15aを流れて一端側蓄熱体6aを通過し一端側導入出口5aから二次改質炉10へ導かれ、該二次改質炉10を経て下流側へ圧送される。
前述の如く、前記シンガス切換導入系統7とシンガス切換導出系統9と一次酸化剤切換供給系統8とを所定時間毎に交互に切り換えることにより、前記シンガスが一端側蓄熱体6aを通過する際に予熱されて他端側蓄熱体6bを通過する際に該他端側蓄熱体6bを加熱する作動と、前記シンガスが他端側蓄熱体6bを通過する際に予熱されて一端側蓄熱体6aを通過する際に該一端側蓄熱体6aを加熱する作動とが繰り返し行われ、シンガス中に含まれるタールの改質が連続的に行われる。
ここで、前記シンガス切換導出系統9の各シンガス導出開閉弁9a,9bの切換時にはそのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口5aからそのまま一方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたり、或いは他端側導入出口5bからそのまま他方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたりすることがある。
しかし、前記シンガス切換導出系統9の各シンガス導出開閉弁9a,9bの切換時にはそのタイミングに合わせて、制御器12からの切換制御信号11sにより、二次改質炉10の上部に接続した二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11L途中の二次酸化剤開閉弁11aが開かれ、酸化剤が二次改質炉10へ供給される。このため、二次改質炉10において未改質のタールは改質され、下流側へ排出されることが避けられる。しかも、前記シンガスは、図7に示す如く、前記シンガス切換導出系統9のシンガス導出ライン9Lから円形断面とした二次改質炉10の接線方向へ供給されると共に、図5に示す如く、前記二次酸化剤供給系統11の二次酸化剤供給ライン11Lから酸化剤が前記円形断面とした二次改質炉10の軸線方向へ導入される。このため、円形断面とした二次改質炉10内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、二次改質炉10の内部でもシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することが可能となる。
この結果、図1〜図4に示す実施例と同様、図5〜図9に示す他の実施例においても、特許文献1に記載のタール改質炉のように、蓄熱体を回転駆動する回転機構が必要ではなくなるため、構造が簡単になると共に、シンガスの高温部での滞留時間が長く取れるため、充分にタール改質を行うことが可能となる。
又、特許文献2に記載のタール改質炉とは異なり、切り換えのタイミングで未改質のタールを含むシンガスが、一端側導入出口5aからそのまま一方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたり、或いは他端側導入出口5bからそのまま他方のシンガス導出ライン9Lへ排出されたりしたとしても、二次改質炉10においてシンガス切換導入系統7及びシンガス切換導出系統9の切換時にのみ酸化剤が供給されるため、未改質のタールは改質され、下流側へ排出されてしまう心配もない。
更に、前記シンガスが一端側導入出口5aから一端側蓄熱体6aを通過し、導入出ライン15aから一方の側の流通路4aを流れ、該流通路4aから、連通路4c、流通路4b、導入出ライン15bを流れて他端側蓄熱体6bを通過し他端側導入出口5bへ導かれる際、前記シンガスの流通方向に合わせて、制御器12からの切換制御信号17sにより噴射流体開閉弁17a,17b´が開かれ、噴射流体開閉弁17a´,17bが閉じられる。これにより、スートブロワ16a,16b´から噴射流体が一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bとに吹き付けられ、該一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bとに付着した煤等の異物が除去される。逆に、前記シンガスが他端側導入出口5bから他端側蓄熱体6bを通過し、導入出ライン15bから他方の側の流通路4bを流れ、該流通路4bから、連通路4c、流通路4a、導入出ライン15aを流れて一端側蓄熱体6aを通過し一端側導入出口5aへ導かれる際、前記シンガスの流通方向に合わせて、制御器12からの切換制御信号17sにより噴射流体開閉弁17b,17a´が開かれ、噴射流体開閉弁17b´,17aが閉じられる。これにより、スートブロワ16b,16a´から噴射流体が他端側蓄熱体6bと一端側蓄熱体6aとに吹き付けられ、該他端側蓄熱体6bと一端側蓄熱体6aとに付着した煤等の異物が除去される。これにより、一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bの詰りが防止され、該一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bを通過するシンガスの圧力損失の上昇が抑制される。
前記スートブロワ16a,16a´及びスートブロワ16b,16b´の作動によって落とされた煤等の異物は、回収弁19a,19bが必要に応じて開かれることにより、排出管20a,20bを介してポット18a,18bに回収される。又、流通路4a,4bへ流れ込んだ煤等の異物は、回収弁19が必要に応じて開かれることにより、排出管20を介してポット18に回収される。
ここで、前記一端側蓄熱ユニット14aの一端側導入出口5aに対するシンガス供給ライン7Lの接続端には、一端側導入出口5a内部で下向きに開口するベンド管21aが設けられ、前記一端側蓄熱ユニット14aの一端側導入出口5aに対するシンガス導出ライン9Lの接続端には、一端側導入出口5a内部で下向きに開口するベンド管22aが設けられているため、前記煤等の異物がシンガス供給ライン7Lやシンガス導出ライン9Lに蓄積する心配はない。同様に、前記他端側蓄熱ユニット14bの他端側導入出口5bに対するシンガス供給ライン7Lの接続端には、他端側導入出口5b内部で下向きに開口するベンド管21bが設けられ、前記他端側蓄熱ユニット14bの他端側導入出口5bに対するシンガス導出ライン9Lの接続端には、他端側導入出口5b内部で下向きに開口するベンド管22bが設けられているため、前記煤等の異物がシンガス供給ライン7Lやシンガス導出ライン9Lに蓄積する心配はない。
一方、前記流通路4a内での酸化剤との混合によって高温となったシンガスは、連通路4c、流通路4b、導入出ライン15bを流れて他端側蓄熱体6bを通過し、該他端側蓄熱体6bに熱を奪われた後、他端側導入出口5bに流入するため、支持部材23bが高温のシンガスに晒されることが避けられ、該支持部材23bの劣化が抑えられる。又、前記流通路4b内での酸化剤との混合によって高温となったシンガスは、連通路4c、流通路4a、導入出ライン15aを流れて一端側蓄熱体6aを通過し、該一端側蓄熱体6aに熱を奪われた後、一端側導入出口5aに流入するため、支持部材23aが高温のシンガスに晒されることが避けられ、該支持部材23aの劣化が抑えられる。
こうして、図5〜図9に示す他の実施例においても、簡単な構造でタール改質を充分に行うことができ、且つ切換時における未改質のタールを含むシンガスの排出を防止し得る。
そして、他の実施例のように、前記シンガス切換導入系統7から一次改質炉4の一端側導入出口5aに供給されて一端側蓄熱体6aを通過したシンガスを、一次改質炉4の円形断面とした一方の側の流通路4aの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8から酸化剤を一次改質炉4の前記円形断面とした一方の側の流通路4aの軸線方向へ導入し、前記シンガス切換導入系統7から一次改質炉4の他端側導入出口5bに供給されて該他端側蓄熱体6bを通過したシンガスを、一次改質炉4の円形断面とした他方の側の流通路4bの接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統8から酸化剤を一次改質炉4の前記円形断面とした他方の側の流通路4bの軸線方向へ導入するよう構成することは、以下の点で好ましい。即ち、一次改質炉4の円形断面とした一方の側の流通路4a内、並びに他方の側の流通路4b内でそれぞれシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、一次改質炉4の内部でシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
又、前記シンガス切換導出系統9からシンガスを円形断面とした二次改質炉10の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統11から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉10の軸線方向へ導入するよう構成することは、以下の点で好ましい。即ち、円形断面とした二次改質炉10内でシンガスが旋回流となり、該旋回流となったシンガスに対し、酸化剤が軸線方向へ導入されて混合が促進され、二次改質炉10の内部でもシンガスに含まれるタールをより効率良く改質することができる。
更に又、前記一端側蓄熱体6aと該他端側蓄熱体6bとに付着した異物を除去するスートブロワ16a,16a´とスートブロワ16b,16b´を備えると、一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bの詰りを防止でき、該一端側蓄熱体6aと他端側蓄熱体6bを通過するシンガスの圧力損失の上昇を抑制できる。
尚、本発明のタール改質炉は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、他の実施例に示したスートブロワを図1に示す実施例の一次改質炉に設けても良いこと等、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。
3 タール改質炉
4 一次改質炉
4a 流通路
4b 流通路
5a 一端側導入出口
5b 他端側導入出口
6a 一端側蓄熱体
6b 他端側蓄熱体
7 シンガス切換導入系統
8 一次酸化剤切換供給系統
9 シンガス切換導出系統
10 二次改質炉
11 二次酸化剤供給系統
12 制御器
16a スートブロワ
16a´ スートブロワ
16b スートブロワ
16b´ スートブロワ
C1 仮想円
C2 仮想円
4 一次改質炉
4a 流通路
4b 流通路
5a 一端側導入出口
5b 他端側導入出口
6a 一端側蓄熱体
6b 他端側蓄熱体
7 シンガス切換導入系統
8 一次酸化剤切換供給系統
9 シンガス切換導出系統
10 二次改質炉
11 二次酸化剤供給系統
12 制御器
16a スートブロワ
16a´ スートブロワ
16b スートブロワ
16b´ スートブロワ
C1 仮想円
C2 仮想円
Claims (6)
- 内部にシンガスの流通路が形成される一次改質炉と、
該一次改質炉の一端側導入出口に設けられる一端側蓄熱体と、
前記一次改質炉の他端側導入出口に設けられる他端側蓄熱体と、
前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路にシンガスを切り換えて導入するシンガス切換導入系統と、
該シンガス切換導入系統にて前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか一方の側から前記一次改質炉の流通路に導入されたシンガスに酸化剤を切り換えて供給する一次酸化剤切換供給系統と、
該一次酸化剤切換供給系統にて酸化剤が供給された改質後のシンガスを前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体のいずれか他方の側から切り換えて導出するシンガス切換導出系統と、
該シンガス切換導出系統にて一次改質炉から導出されるシンガスが導入される二次改質炉と、
該二次改質炉に導入されるシンガスに対し前記シンガス切換導入系統及びシンガス切換導出系統の切換時にのみ酸化剤を供給する二次酸化剤供給系統と
を備えたことを特徴とするタール改質炉。 - 前記シンガス切換導入系統からシンガスを一次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成した請求項1記載のタール改質炉。
- 前記シンガス切換導出系統からシンガスを二次改質炉の軸線方向へ導入すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を二次改質炉の軸線を中心とする仮想円の接線方向へ供給するよう構成した請求項1又は2記載のタール改質炉。
- 前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の一端側導入出口に供給されて一端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした一方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした一方の側の流通路の軸線方向へ導入し、
前記シンガス切換導入系統から一次改質炉の他端側導入出口に供給されて他端側蓄熱体を通過したシンガスを、一次改質炉の円形断面とした他方の側の流通路の接線方向へ供給すると共に、前記一次酸化剤切換供給系統から酸化剤を一次改質炉の前記円形断面とした他方の側の流通路の軸線方向へ導入するよう構成した請求項1記載のタール改質炉。 - 前記シンガス切換導出系統からシンガスを円形断面とした二次改質炉の接線方向へ供給すると共に、前記二次酸化剤供給系統から酸化剤を前記円形断面とした二次改質炉の軸線方向へ導入するよう構成した請求項1又は4記載のタール改質炉。
- 前記一端側蓄熱体と他端側蓄熱体とに付着した異物を除去するスートブロワを備えた請求項1〜5の何れか一項に記載のタール改質炉。
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