JP7086675B2 - ガス化炉システム - Google Patents
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Description
具体的には、例えば、下記式(2)に示す反応によって、COS分解触媒で転換したH2Sが、再度COSに転換されてしまう。これにより、COSからH2Sへの転換性能が低下してしまう可能性がある。
特許文献2では、ガス中に含まれている酸素を、COS転換触媒の直前に設置したO2除去触媒で除去している。
内部で窒素を利用するガス化炉では、ガス化炉内において、生成される生成ガスに窒素が混入してしまう可能性があった。また、ポーラスフィルタにおいて、生成ガスに窒素が混入してしまう可能性があった。さらに、空気分離装置では、酸素と窒素とを分離する際に、好適に分離が行われずに、窒素中に酸素が混入する場合があった。
したがって、ガス化炉またはポーラスフィルタで利用する窒素を空気分離装置にて生成している場合には、酸素が混入した窒素がガス化炉またはポーラスフィルタに供給され、その窒素が生成ガスに混入することで、結果として、生成ガスに酸素が混入した状態となるという問題が生じる可能性があることが判明した。
本発明の第1態様に係るガス化炉システムは、炭素含有固体燃料から生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された生成ガスを精製する精製部と、空気から酸素と窒素とを分離する空気分離装置と、前記空気分離装置で分離された窒素を前記ガス化炉に供給する窒素供給路と、前記窒素供給路に接続し、前記窒素供給路に酸素と反応することで酸素を除去する可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給路と、を備えている。
また、ガス化炉に供給される前の段階で酸素を除去しているので、ガス化炉で生成されて様々な成分が含まれている生成ガスから酸素を除去する場合と比較して、簡易に酸素を除去することができる。
なお、可燃性ガスの一例として、炭化水素系ガスが挙げられる。
また、ガス化炉に供給される前の段階で酸素を除去しているので、ガス化炉で生成されて様々な成分が含まれている生成ガスから酸素を除去する場合と比較して、簡易に酸素を除去することができる。
以下、本発明に係る第1実施形態を図1及び図2を用いて説明する。
本実施形態では、本発明に係るガス化炉システムの一例として石炭ガス化複合発電設備について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
空気分離設備42は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン43によって空気分離設備42とガス化炉設備14とが接続されている。そして、この第1窒素供給ライン(窒素供給路)43には、給炭設備11からの給炭ライン11aが接続されている。また、第1窒素供給ライン43から分岐する第2窒素供給ライン45もガス化炉設備14に接続されており、この第2窒素供給ライン45には、チャー回収設備15からのチャー戻しライン46が接続されている。また、第1窒素供給ライン43には、第2窒素供給ライン45が接続される部分よりも上流側に窒素圧縮機43aが設けられている。
また、ガスタービン17は、圧縮機61からガス化炉設備14に延びる圧縮空気供給ライン41が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。したがって、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備16から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン63へ向けて供給する。そして、タービン63は、供給された燃焼ガスにより回転軸64を回転駆動させることで発電機19を回転駆動させる。
このように、本実施形態では、酸素と反応することで酸素を除去する可燃性ガスを第1窒素供給ライン43に供給する可燃性ガス供給路として、生成ガス供給ライン21及びユーティリティ燃料供給ライン22の2つの流路を設けている。
また、第1窒素供給ライン43には、窒素圧縮機43aよりも下流側であって、第2窒素供給ライン45の分岐部分よりも上流側に、供給される生成ガス及び/又はユーティリティ燃料と、酸素との酸化反応を促進する反応促進部28が設けられている。反応促進部28では酸化触媒等によって酸化反応を促進する。
なお、ガスタービン17と蒸気タービン18は同一軸として1つの発電機19を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
ガス化炉設備14のガス化炉101において、リダクタ部118のバーナ127により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部116のバーナ126により微粉炭及びチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部116では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部116では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁111へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ122内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部116で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部117を通ってリダクタ部118に上昇する。このリダクタ部118では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
このように、酸素が混入した窒素が生成ガスに混入することとなるので、生成ガスに酸素が混入した状態となる。生成ガスに酸素が混入すると、生成ガスを精製するガス精製設備16において、酸素が精製を阻害するので、生成ガスの精製が好適に行えない可能性がある。具体的には、例えば、下記式(4)に示す反応によって、COS分解触媒で転換したH2Sが、再度COSに転換されてしまう。これにより、COSからH2Sへの転換性能が低下してしまう可能性がある。
次に、第2実施形態について図3を用いて説明する。
本実施形態では、生成ガス供給ライン21及びユーティリティ燃料供給ライン22を設けていない代わりに、第1窒素供給ライン43に酸素回収部31が設けられている点で第1実施形態と異なる。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態では、第1窒素供給ライン43に酸素回収部31が設けられている。これにより、酸素回収部31によって、酸素が混入した窒素中から酸素を除去することができるので、生成ガスへの酸素の混入を抑制することができる。したがって、ガス精製設備16における生成ガスの精製を好適に行うことができる。
例えば、図4に示すように、上記第1実施形態と第2実施形態を組み合わせてもよい。このように構成する場合には、酸素回収部31は、第1窒素供給ライン43と生成ガス供給ライン21との接続部分よりも上流側に設けられる。
このように構成することで、生成ガス等による酸化反応及び酸素回収部31によって、窒素中から酸素を除去することができる。したがって、確実に酸素を除去し、精製部における生成ガスの精製を好適に行うことができる。
16 :ガス精製設備(精製部)
21 :生成ガス供給ライン(第1供給路)
22 :ユーティリティ燃料供給ライン(第2供給路)
23 :ユーティリティ燃料供給装置(可燃性ガス供給装置)
25 :熱交換器
26 :生成ガス加温部(可燃性ガス加温部)
27 :窒素加温部
28 :反応促進部
31 :酸素回収部
42 :空気分離設備(空気分離装置)
43 :第1窒素供給ライン(窒素供給路)
43a :窒素圧縮機(圧縮機)
101 :ガス化炉
Claims (12)
- 炭素含有固体燃料から生成ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で生成された生成ガスを精製する精製部と、
空気から酸素と窒素とを分離する空気分離装置と、
前記空気分離装置で分離された窒素を前記ガス化炉に供給する窒素供給路と、
前記窒素供給路に接続し、前記窒素供給路に酸素と反応することで酸素を除去する可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給路と、を備えたガス化炉システム。 - 前記可燃性ガス供給路は、前記ガス化炉で生成された生成ガスを前記窒素供給路に供給する第1供給路を有する請求項1に記載のガス化炉システム。
- 前記可燃性ガス供給路は、可燃性ガス供給装置からの可燃性ガスを前記窒素供給路に供給する第2供給路を有する請求項1または請求項2に記載のガス化炉システム。
- 前記窒素供給路に設けられ、前記ガス化炉に供給されるガスを圧縮する圧縮機を備え、
前記可燃性ガス供給路は、前記窒素供給路の前記圧縮機よりも上流側に接続されている請求項1から請求項3のいずれかに記載のガス化炉システム。 - 前記窒素供給路の前記可燃性ガス供給路の接続部分よりも下流側には、前記窒素供給路の内部を流れるガスの熱を回収する熱交換器が設けられている請求項1から請求項4のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 前記窒素供給路の前記可燃性ガス供給路の接続部分よりも下流側には、可燃性ガスの酸化反応を促進させる反応促進部が設けられている請求項1から請求項5のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 前記窒素供給路の前記可燃性ガス供給路の接続部分よりも上流側には、前記窒素供給路の内部を流れる窒素を加温する窒素加温部が設けられている請求項1から請求項6のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 前記可燃性ガス供給路には、前記可燃性ガス供給路の内部を流れる可燃性ガスを加温する可燃性ガス加温部が設けられている請求項1から請求項7のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 前記窒素供給路には、酸素を除去する酸素回収部が設けられている請求項1から請求項8のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 前記可燃性ガス供給路は、前記窒素供給路に直接接続されている請求項1から請求項9のいずれかに記載のガス化炉システム。
- 炭素含有固体燃料から生成ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で生成された生成ガスを精製する精製部と、
空気から酸素と窒素とを分離する空気分離装置と、
前記空気分離装置で分離された窒素を前記ガス化炉に供給する窒素供給路と、を備え、
前記窒素供給路には、酸素を回収する酸素回収部が設けられているガス化炉システム。 - 前記空気分離装置で分離された酸素を前記ガス化炉に供給する酸素供給路を備え、
前記酸素回収部で回収した酸素は前記酸素供給路に供給される請求項11に記載のガス化炉システム。
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