循环式气化炉的制作方法
【专利摘要】循环式气化炉(100)，具备：气化炉(108)，使流动介质流动层化或移动层化，并且，利用流动介质所具有的热使投入流动介质中的气化原料气化而生成气化气体；燃烧炉(102)，加热从气化炉导出的流动介质，并且燃烧气化原料的残渣；介质分离器(104)，为了使加热的流动介质返回至气化炉，分离从燃烧炉导出的流动介质和燃烧排气；气化气体分离器(112)，将由气化炉生成的气化气体和气化原料的残渣分离，将气化气体导出；以及残渣导出部(114)，将气化气体分离器和燃烧炉密封，同时将由气化气体分离器分离的残渣导出至燃烧炉。该循环式气化炉维持气化原料的利用效率，同时，抑制固体粒子在气化炉内反复地飞散，在气化气体分离器中适当地将气化气体导出。
【专利说明】循环式气化炉
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使流动介质循环而将气化原料气化的循环式气化炉。本申请基于2012 年3月13日在日本申请的日本特愿2012-55323号而主张优先权，将其内容引用于此。
【背景技术】
[0002] 近年来，开发了代替石油而将煤炭或生物质、轮胎屑等有机固体原料气化而生成 气化气体的技术。这样地生成的气化气体利用于像煤炭气化复合发电（IGCC)那样的高效 的发电系统、氢的制造、合成燃料（合成石油）的制造、化学肥料（尿素）等化学制品的制 造等。在成为上述气化气体的原料的有机固体原料中，特别是煤炭，可采年数为150年左 右，是石油的可采年数的3倍以上，另外，与石油相比较，埋藏地点不会不均，因而作为能够 经过长期而稳定供给的天然资源而被期待。
[0003] -直以来，煤炭的气化过程通过使用氧或空气来部分氧化而进行，但在该气化过 程中，成为1800°C左右的高温、3MPa左右的高压，因而需要特别的耐热、耐压材料，气化炉 的成本变高。为了解决该问题，开发了利用水蒸气并在700°C ~900°C左右的比较低的温度 下且在常压下将煤炭气化的技术。在该技术中，将温度和压力设定得较低，由此，存在不需 要耐压构造的方面和能够利用现有的市场上出售的商品等优点。
[0004] 但是，关于上述的有机固体原料的水蒸气气化反应，需要比较长的反应时间。因 此，为了确保有机固体原料充分地反应的滞留时间，在气化炉中，将具有例如800°c以上的 高温的砂等流动介质供给至气化炉，并且，从该气化炉的下部供给水蒸气而形成流动层。然 后，在形成有流动层的气化炉，将气化原料投入并流动加热，由此，生成气化气体。
[0005] 在这样地形成有流动层的气化炉中，作为流动介质的砂和有机固体原料中的小粒 径的固体粒子与气化气体一起从流动层离开并飞散。为了捕集飞散的粒子，在气化炉的出 口，设置有将气化气体和固体粒子分离的气化气体分离器（旋风分离器），能够使由气化气 体分离器捕集的固体粒子返回至气化炉（例如，专利文献1)。
[0006] 现有技术文献 专利文献1 :日本特开2011-105890号公报。
【发明内容】
[0007] 发明要解决的课题 如上所述，重复这一流程：虽然固体粒子暂且被气化气体分离器捕集而返回至气化炉， 但是新产生的固体粒子一起在气化炉中再次飞散，另外，由气化气体分离器分离。而且，存 在这样的可能性：无论哪个都成为小粒径的粒子，即使气化气体分离器也不能捕集，与气化 气体一起到达后段的气体精制机器，成为气体精制机器等不良的主要原因。
[0008] 另外，在使由气化气体分离器捕集的固体粒子向气化炉返回时，如果未适当地进 行其调整，则从气化气体分离器排出的固体粒子存在逆流至气化气体分离器的可能性，很 有可能成为气化气体分离器的不良的主要原因。
[0009] 于是，本发明鉴于这样的课题，目的在于，提供一种循环式气化炉，该循环式气化 炉能够维持气化原料的利用效率，同时，抑制固体粒子在气化炉内反复地飞散，在气化气体 分离器中适当地将气化气体导出。
[0010] 用于解决课题的方案 为了解决上述课题，本发明所涉及的循环式气化炉，具备：气化炉，使流动介质流动层 化或移动层化，并且，利用流动介质所具有的热使投入流动介质中的气化原料气化而生成 气化气体；燃烧炉，加热从气化炉导出的流动介质，并且，燃烧气化原料的残渣；介质分离 器，为了使加热的流动介质返回至气化炉而分离从燃烧炉导出的流动介质和燃烧排气；气 化气体分离器，将由气化炉生成的气化气体和气化原料的残渣分离，将气化气体导出；以及 残渣导出部，将气化气体分离器和燃烧炉密封，同时将由气化气体分离器分离的残渣导出 至燃烧炉。
[0011] 残渣导出部也可以由使液体或固体介入而将气体彼此密封的环封构成。
[0012] 残渣导出部也可以由使螺旋型的螺杆旋转并沿旋转轴的方向将气化原料的残渣 送出的螺旋送料器构成。
[0013] 发明的效果 依据本发明，能够维持气化原料的利用效率，同时，抑制固体粒子在气化炉内反复地飞 散，在气化气体分离器中适当地将气化气体导出。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是用于说明循环流动层式气化炉的概略的构成的图。
[0015] 图2是示出本实施方式的比较例的图。
[0016] 图3A是用于说明残渣导出部的图。
[0017] 图3B是用于说明残渣导出部的图。
【具体实施方式】
[0018] 以下，参照附图，同时，对本发明的合适的实施方式详细地进行说明。以下的实施 方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等，只不过是用于使发明的理解变得容易的示例， 除了特别地讲明的情况以外，都不限定本发明。此外，在本说明书和附图中，对具有实质上 相同的功能、构成的要素标记相同的符号，由此，省略重复说明，另外，与本发明无直接关系 的要素省略图示。
[0019] (循环流动层式气化炉100) 图1是用于说明循环流动层式气化炉100的概略的构成的图。在本实施方式中，作为 循环式气化炉，举例说明循环流动层式气化炉1〇〇。如图1所示，循环流动层式气化炉1〇〇 包括燃烧炉102、介质分离器104、第1密封部106、气化炉108、第2密封部110、气化气体分 离器112以及残渣导出部114而构成。
[0020] (流动介质的循环） 在循环流动层式气化炉100中，作为整体，使由粒径为300 μ m左右的硅砂（二氧化硅 砂）等砂构成的流动介质作为热介质而循环。在此，如果着眼于流动介质的循环，则首先， 流动介质被燃烧炉102加热至1000°C左右，与燃烧排气一起被导入介质分离器104。在介 质分离器104中，高温的流动介质和燃烧排气分离，分离的高温的流动介质通过第1密封部 106而导出（返回）至气化炉108。另一方面，由介质分离器104分离的燃烧排气由未图示 的锅炉等热回收。
[0021] 在气化炉108的下方，设有水蒸气储留部108a，从水蒸气供给源（未图示）供给的 水蒸气暂时地储留于水蒸气储留部l〇8a，储留于该水蒸气储留部108a的水蒸气从气化炉 108的底部导入气化炉108内。通过第1密封部106而导入的高温的流动介质进一步将水 蒸气导入，由此，在气化炉108内形成流动层。然后，如果完成作为流动层的作用，则流动介 质与气化原料的残渣一起通过第2密封部110而返回至燃烧炉102。
[0022] (气化气体的生成处理） 接下来，说明气化气体的生成处理的流程。在气化炉108,设有气化原料投入孔108b， 含有褐煤等煤炭、石油焦炭（petro-cokes，石油焦炭）、生物质、轮胎屑等有机固体原料的 气化原料通过气化原料投入孔l〇8b而投入上述的流动层。所投入的气化原料与水蒸气因 流动层化的流动介质所具有的700°C ~900°C左右的热而气化，生成气化气体。在假设气化 原料是煤炭的情况下，生成以氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷作为主要成分的气化气体。
[0023] 这样地生成的气化气体与气化原料的残渣（固体粒子）一起通过气化气体导出孔 108c而导入气化气体分离器112。在气化气体分离器112中，将气化气体和气化原料的残 渣分离，将分离的气化气体导出至未图示的气体精制机器。这样，将由气化炉108生成的气 化气体适当地送出至气体精制机器。
[0024] 另外，在气化气体分离器112中分离的气化原料的残渣不是返回至气化炉108,而 是通过残渣导出部114而直接导出至燃烧炉102。以下，对本实施方式中特征性的气化气体 分离器112和残渣导出部114进行详细阐述。
[0025] (气化气体分离器112) 如上所述，在气化气体分离器112中，在将气化气体和气化原料的残渣分离之后，不是 使气化原料的残渣返回至气化炉108,而是直接导出至燃烧炉102。这是基于以下的理由。
[0026] 图2是示出本实施方式的比较例的图。在现有的气化气体分离器12中，使分离 的粒径小的气化原料的残渣保持原样地返回至气化炉108的流动层。因此，虽然气化原料 的残渣暂且在流动层中成为气化反应的对象，但是未被气化的固体粒子在气化炉108内飞 散，另外，作为气化原料的残渣，重复返回至气化气体分离器12的流程。
[0027] 这样的粒径小的气化原料的残渣根据气化原料的投入而增加。而且，存在这样的 可能性：无论哪个都成为即使气化气体分离器12也不能捕集的小粒径的粒子，与气化气体 一起到达后段的气体精制机器，成为气体精制机器等的不良的主要原因。
[0028] 另外，在使由现有的气化气体分离器12捕集的气化原料的残渣返回至气化炉108 的情况下，为了使气化原料发生气化反应，将残渣导出至气化炉108的流动层（流动介质） 内。但是，由于在气化气体分离器12和气化炉108的流动层具有压力差，因而将气化原料 的残渣导出至气化炉108的流动层，因此，另外形成水蒸气等惰性气体引起的流动层。
[0029] 在该用于将气化原料导出的流动层中，为了将气化原料的残渣适当地导出至压力 高的气化炉108的流动层，有必要加快流速。然而，乃至于在残渣的粒径小的情况下，如果 过剩地加快流动层的流速，则有时候伴随着水蒸气的导入，固体粒子被吹起，逆流至气化气 体分离器12。在运转中不能实际测量固体粒子的粒径，基于粒径的推断值而计算流动层的 流速，因而难以完全地防止这样的固体粒子的逆流。
[0030] 在本实施方式中，如图1那样，气化气体分离器112,在将气化气体和气化原料的 残渣分离之后，不使气化原料的残渣返回至气化炉108,而是直接导出至燃烧炉102,因而 暂且导出的气化原料的残渣通过燃烧炉102而充分地燃烧。因此，由气化气体分离器112 分离的气化原料的残渣几乎不返回至气化气体分离器112。另外，在将气化原料的残渣导出 至燃烧炉102时，没有必要加快其导出速度，因而即使形成流动层，也不担心逆流。
[0031] 可是，不使气化原料的残渣返回至气化炉108,由此，将本来应该在气化炉108中 成为气化反应的对象的气化原料的残渣从气化炉108提取，气化原料在气化炉108内的利 用效率下降。可是，在本实施方式中，以该气化原料作为在燃烧炉102中加热流动介质的热 源而利用，间接地作为气化反应的能源，因而能够以到此为止飞散而不能利用的残渣作为 燃烧炉102中的热源而利用。因此，能够提高综合的利用效率。
[0032] (残渣导出部114) 图3A和图3B是用于说明残渣导出部114的图。在将气化原料的残渣从气化气体分离 器112导出至燃烧炉102时，如果欲仅通过配管而导出，则由于燃烧炉102的气压比气化气 体分离器112更高，因而存在气化原料的残渣一起、燃烧炉102内的流动介质等逆流至气化 气体分离器112的可能性。另外，将气化气体分离器112中的可燃性的气化气体和燃烧炉 102的空气保持原样地通气是很危险的。于是，在本实施方式中，如图3A所示，在气化气体 分离器112与燃烧炉102之间的配管，设有密封气化气体分离器112和燃烧炉102的残渣 导出部114。
[0033] 残渣导出部114,如图3A所示，例如，第1密封部106和第2密封部110同样地由 管形成为J字状的J阀型管的环封构成。环封使液体或固体介入而将气体彼此密封。在残 渣导出部114中，如图3A所示，该呈凹形状的流路的凹陷的部位的铅垂最上方部位114a比 流路的其他部分的铅垂最下方部位114b更低，因而残渣始终滞留于该呈凹形状的流路。因 此，由该残渣将流路内的空间截断，能够避免燃烧炉102和气化气体分离器112的连通。由 此，能够将残渣适当地导出至燃烧炉102。
[0034] 另外，残渣导出部114不仅能够使用上述环封，而且还能够使用如图3B所示的螺 旋送料器等。螺旋送料器使螺旋型的螺杆旋转，沿旋转轴的方向将气化原料的残渣送出。此 时，填充于螺旋送料器的残渣作为材料密封而起作用。在此，由气化气体分离器112将气化 气体和分离的气化原料的残渣通过重力而暂且容纳于容器116,该残渣由螺旋送料器随时 导出至燃烧炉102。通过所涉及的螺旋送料器，也能够密封气化气体分离器112和燃烧炉 102,避免燃烧炉102和气化气体分离器112的连通。由此，能够将残渣适当地导出至燃烧 炉 102。
[0035] 依据以上说明的作为循环式气化炉的循环流动层式气化炉100,通过将气化原料 在燃烧炉102中作为热源而利用，代替从气化炉108提取，从而能够维持利用效率，同时，抑 制固体粒子在气化炉108内反复地飞散，在气化气体分离器112中适当地将气化气体导出。 这样，能够大幅地降低气化原料的残渣到达比气化气体分离器112更靠后段的气体精制机 器的量，能够避免在气体精制机器中粒子阻塞等引起的故障。
[0036] 以上，参照附图，同时，对本发明的合适的实施方式进行了说明，但当然，本发明不 限定于所涉及的实施方式。只要是所属领域技术人员，就显然能够在权利要求书所记载的 范畴内想到各种变更示例或修正示例，关于那些示例，了解到，当然属于本发明的技术的范 围。
[0037] 例如，在上述的实施方式中，作为循环式气化炉，举例说明使作为流动介质的砂沿 水平方向流动的循环流动层式气化炉100,但也可以使用通过砂因自重而沿铅垂向下方向 流下从而形成移动层的循环移动层式气化炉。
[0038] 产业上的可利用性 本发明涉及使流动介质循环而将气化原料气化的循环式气化炉。
[0039] 符号说明 100…循环流动层式气化炉 102…燃烧炉 104…介质分离器 108…气化炉 112…气化气体分离器 114…残渣导出部
【权利要求】
1. 一种循环式气化炉，具备： 气化炉，使流动介质流动层化或移动层化，并且，利用该流动介质所具有的热使投入该 流动介质中的气化原料气化而生成气化气体； 燃烧炉，加热从所述气化炉导出的流动介质，并且，燃烧所述气化原料的残渣； 介质分离器，为了使所述加热的流动介质返回至所述气化炉，分离从所述燃烧炉导出 的流动介质和燃烧排气； 气化气体分离器，将由所述气化炉生成的气化气体和气化原料的残渣分离，将该气化 气体导出；以及 残渣导出部，将所述气化气体分离器和所述燃烧炉密封，同时将由该气化气体分离器 分离的残渣导出至所述燃烧炉。
2. 根据权利要求1所述的循环式气化炉，其特征在于，所述残渣导出部由使液体或固 体介入而将气体彼此密封的环封构成。
3. 根据权利要求1所述的循环式气化炉，其特征在于，所述残渣导出部由使螺旋型的 螺杆旋转并沿旋转轴的方向将所述气化原料的残渣送出的螺旋送料器构成。
【文档编号】C10J3/54GK104159998SQ201380012826
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】高藤诚 申请人:株式会社 Ihi