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JP2010059383A - ガス化炉装置 - Google Patents

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JP2010059383A
JP2010059383A JP2008229520A JP2008229520A JP2010059383A JP 2010059383 A JP2010059383 A JP 2010059383A JP 2008229520 A JP2008229520 A JP 2008229520A JP 2008229520 A JP2008229520 A JP 2008229520A JP 2010059383 A JP2010059383 A JP 2010059383A
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air
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Soken Takase
Kazuhiro Ota
一広 太田
Hiromi Ishii
弘実 石井
Futoshi Kijima
太志 木嶋
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

【課題】燃料を不要とする低酸素濃度の乾燥用ガス供給源を備えたガス化炉装置を提供する。
【解決手段】石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機１と、空気を酸素及び窒素のガスに分離する空気分離装置３と、微粉炭及び酸素のガスを導入して製品ガスを製造するガス化炉２とを備え、微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガス源として、空気分離装置３から余剰窒素ガスの供給を受けて窒素で希釈した空気が用いられ、かつ、低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度に加熱するエアヒータ５を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭から化学合成用の製品ガスを製造する化学用ガス化炉等に適用されるガス化炉装置に関する。
従来、微粉炭を原料としてガスを製造するガス化炉装置には、化学合成用の製品ガスを製造する化学用ガス化炉の他、石炭ガス化複合発電設備で使用するガスタービンの燃料ガスを製造するガス化炉等がある。（たとえば、特許文献１参照）
図３に示す従来のガス化炉装置Ｇは、原料の石炭を微粉炭機１で粉砕して得られた微粉炭をガス化炉２に供給する。ガス化炉２においては、微粉炭に加えて空気分離装置３から窒素及び酸素の供給を受けることにより、微粉炭をガス化した製品ガスが製造される。
なお、微粉炭機１においては、微粉炭製造時に乾燥用ガスが必要となるので、たとえば図３に示すガス化炉装置Ｇのように、燃焼炉４を設けるなどして微粉炭製造に必要な乾燥用ガスを得ている。
特開昭６１−１７５２４１号公報
ところで、上述した従来のガス化炉装置Ｇにおいては、たとえば亜瀝青炭や褐炭等のように、一般に自然発火性の高い低品位炭を原料として使用する場合、乾燥用ガスの酸素濃度を１３体積％以下にコントロールして自然発火を防止している。
空気吹きの石炭ガス化複合発電装置では、上述した乾燥用ガスとして、酸素濃度が１２体積％のガスタービン排ガスを使用している。この場合、乾燥用ガスとして使用するガスタービン排ガスの温度は、排ガスボイラ出入口の排ガスを混合することにより最適温度に調節されている。
また、化学合成用の製品ガスを製造する酸素吹きのガス化炉装置では、適当な乾燥用の低酸素濃度ガス源がないため、たとえば図３に示す燃焼炉４で軽油や天然ガス等の燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成している。すなわち、化学用ガス化炉においては、燃焼炉４が必要となり、この燃焼炉４で生成した燃焼ガスが酸素濃度の低い高温の乾燥用ガスとして使用されている。しかし、燃焼炉４による燃焼ガスの生成は、低酸素濃度の乾燥用ガス製造に燃料が必要となるため、ランニングコストの面で不利になる。
このような背景から、低品位炭を粉砕して微粉炭を得る微粉炭機を備えているガス化炉装置においては、燃料を不要として得られる低酸素濃度の乾燥用ガス供給源が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料を不要とする低酸素濃度の乾燥用ガス供給源を備えたガス化炉装置を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガス化炉装置は、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、空気を酸素及び窒素のガスに分離する空気分離装置と、前記微粉炭と前記酸素及びガスとを導入して製品ガスを製造するガス化炉とを備え、前記微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガス源として、前記空気分離装置から余剰窒素ガスの供給を受けて窒素で希釈した空気が用いられ、かつ、前記低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度に加熱する加熱部を設けたことを特徴とするものである。
このようなガス化炉装置によれば、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、空気を酸素及びガスに分離する空気分離装置と、微粉炭と酸素及び窒素のガスとを導入して製品ガスを製造するガス化炉とを備え、微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガス源として、空気分離装置から余剰窒素ガスの供給を受けて窒素で希釈した空気が用いられ、かつ、低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度に加熱する加熱部を設けたので、既存の装置を有効に利用し、燃料が不要となる微粉炭乾燥用の低酸素濃度ガスを得ることができる。
上記の発明において、前記加熱部は、前記ガス化炉を通過して昇温した蒸気と前記低酸素濃度ガス源とを熱交換させて乾燥可能温度にすることが好ましく、これにより、ガス化炉が有する熱を有効に利用して低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度まで昇温させることができる。
上記の発明において、前記加熱部は、通過する前記余剰窒素ガスを昇温させる前記ガス化炉であることが好ましく、これにより、高温にした余剰窒素ガスで空気を希釈することになるので、ガス化炉が有する熱を有効に利用して低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度まで昇温させることができる。
上述した本発明によれば、ガス化炉用として空気分離装置で生成された窒素ガスの余剰分を有効利用し、かつ、ガス化炉が有する熱も有効利用することにより、燃焼ガスを得るための燃料が不要な微粉炭乾燥用の低酸素濃度ガスを得ることができる。この結果、自然発火性が高い低品位炭を粉砕して微粉炭を得る微粉炭機を備えている化学用ガス化炉等のガス化炉装置においては、燃料を使用して燃焼ガスを生成する燃焼炉を設けなくても、微粉炭製造時に必要となる低酸素濃度の乾燥用ガスを得ることができる。
以下、本発明に係るガス化炉装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すガス化炉装置Ｇａは、たとえば亜瀝青炭や褐炭等のように、一般に自然発火性が高い低品位炭を原料として化学合成用の製品ガスを製造する酸素吹きの化学用ガス化炉である。
図示のガス化炉装置Ｇａは、低品位炭等の石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機１と、空気を酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）のガスに分離させる空気分離装置３と、微粉炭機１で製造した微粉炭と空気分離装置３で分離した酸素及び窒素のガスとを導入して製品ガスを製造するガス化炉２とを備えている。
微粉炭機１は、自然発火性の高い低品位炭を原料とし、低酸素濃度の乾燥用ガスを導入した環境で原料を粉砕して微粉炭を製造する装置である。ここで使用する低酸素濃度の乾燥用ガスは、酸素濃度が１３体積％以下と低く、かつ、ガス温度が２００〜３５０℃程度の高温とされる。
ガス化炉２は、微粉炭と酸素及び窒素のガスを導入し、微粉炭を燃焼させて製品ガスを製造する酸素吹きの炉である。なお、この場合の窒素は、必要に応じて導入されるものである。
空気分離装置３は、大気中から空気を導入し、酸素ガスと窒素ガスとに分離させてガス化炉２に供給する装置である。
上述した微粉炭機１においては、微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガスが必要となり、この低酸素濃度ガス源として、空気分離装置２から余剰窒素ガスの供給を受けて窒素で希釈した空気が用いられる。ここで使用する空気は大気中から導入されるため温度が低く、しかも、余剰窒素ガスの温度も乾燥用ガスとしては低温である。このため、余剰窒素ガスにより空気を希釈した低酸素濃度の乾燥用ガスについては、乾燥用ガスに適した所望の温度まで上昇させる必要がある。
そこで、ガス化炉装置Ｇａには、乾燥用ガスを昇温させるための加熱部としてエアヒータ５が設けられている。このエアヒータ５は、空気及び余剰窒素ガスを所望の割合に混合した低酸素濃度ガス源の乾燥用ガスと、ガス化炉２を通過して昇温した蒸気とを熱交換させ、乾燥用ガスの温度を上昇させるための熱交換器である。図示の構成では、蒸気がガス化炉２の熱交換部２ａで吸熱し、エアヒータ５の熱交換部５ａで放熱する。なお、エアヒータ５で使用する加熱用の蒸気については、その供給源が特に限定されることはない。
このように構成されたガス化炉装置Ｇａは、微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガス源として、空気分離装置３から供給を受ける余剰窒素ガスで希釈した低酸素濃度の空気を用い、さらに、低酸素濃度の乾燥用ガスをガス化炉２の熱で昇温させた蒸気により乾燥可能温度まで加熱するエアヒータ５を備えているので、既存の装置であるガス化炉２及び空気分離装置３を有効に利用して、燃料の消費が不要な微粉炭乾燥用の低酸素濃度ガスを得ることができる。
すなわち、エアヒータ５は、ガス化炉２を通過して昇温した蒸気と低温の乾燥用ガスとを熱交換させることで、燃料を燃焼させることなく低温の乾燥用ガスを乾燥可能温度まで加熱するので、ガス化炉２が有する熱を有効に利用し、高温の乾燥用ガスを得ることができる。換言すれば、空気分離装置３で生じる余剰の窒素ガスを空気の酸素濃度希釈用として有効に利用し、さらに、製品ガスの製造により生じるガス化炉２の熱を乾燥用ガスの昇温に有効利用したので、高温かつ低酸素濃度の乾燥用ガスとなる燃焼ガスを燃料消費により生成する燃焼炉４に代えて、燃料を消費しない単純な熱交換器のエアヒータ５を採用することができる。
次に、上述したガス化炉装置Ｇａの実施形態について、その変形例を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示す変形例のガス化炉装置Ｇｂは、乾燥用ガスを所望の乾燥可能温度まで昇温させる加熱部として、蒸気を加熱媒体とするエアヒータ５に代えて、空気分離装置３から供給される余剰窒素ガスをガス化炉２に導き、ガス化炉２が有する熱により余剰窒素ガスを直接加熱して昇温させている。すなわち、この場合の加熱部は、通過する余剰窒素ガスを昇温させるガス化炉２となり、高温の余剰窒素ガスと低温の空気とを混合して酸素濃度を希釈することになるので、ガス化炉２が有する熱を有効に利用して低酸素濃度ガスを乾燥可能温度まで昇温させることができる。すなわち、ガス化炉２は、余剰窒素ガスを加熱する熱交換部２ｂを備えた構成とされる。
このように構成されたガス化炉装置Ｇｂでは、空気分離装置３で生じる余剰の窒素ガスを空気の酸素濃度希釈用として有効に利用し、さらに、製品ガスの製造により生じるガス化炉２の熱を有効利用して余剰の窒素ガスを直接加熱し、この余剰窒素ガスと空気との混合により乾燥用ガスを使用可能温度まで昇温させているので、高温かつ低酸素濃度の乾燥用ガスを燃料消費することなく確保することができる。
このように、上述した本発明のガス化炉装置Ｇａ，Ｇｂによれば、ガス化炉２の製品ガス製造用として空気分離装置３で生成された窒素ガスの余剰分を有効利用し、かつ、ガス化炉２が有する熱も有効利用することにより、燃料が不要な微粉炭乾燥用の低酸素濃度ガスを得ることができる。この結果、自然発火性が高い低品位炭を粉砕して微粉炭を得る微粉炭機１を備えているガス化炉装置Ｇａ，Ｇｂにおいては、燃料を使用して燃焼ガスを生成する燃焼炉４を設けなくても、微粉炭製造時に必要となる低酸素濃度の乾燥用ガスを得ることができる。
ところで、上述した実施形態では、ガス化炉装置Ｇａ，Ｇｂを化学用ガス炉装置として説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、乾燥用の低酸素濃度ガス源がない他のガス化炉装置に適用可能なことはいうまでもない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
本発明に係るガス化炉装置の一実施形態を示す構成図である。 図１に示したガス化炉装置の変形例を示す構成図である。 従来のガス化炉装置を示す構成図である。
符号の説明
１ 微粉炭機
２ ガス化炉
３ 空気分離装置
５ エアヒータ
Ｇａ，Ｇｂ ガス化炉装置

Claims (3)

  1. 石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、空気を酸素及び窒素のガスに分離する空気分離装置と、前記微粉炭と前記酸素及びガスとを導入して製品ガスを製造するガス化炉とを備え、
    前記微粉炭を乾燥させる低酸素濃度ガス源として、前記空気分離装置から余剰窒素ガスの供給を受けて窒素で希釈した空気が用いられ、かつ、前記低酸素濃度ガス源を乾燥可能温度に加熱する加熱部を設けたことを特徴とするガス化炉装置。
  2. 前記加熱部が、前記ガス化炉を通過して昇温した蒸気と前記低酸素濃度ガス源とを熱交換させて乾燥可能温度にすることを特徴する請求項１に記載のガス化炉装置。
  3. 前記加熱部が、通過する前記余剰窒素ガスを昇温させる前記ガス化炉であることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉装置。
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