JP2010077289A - Method and apparatus for controlling operation of gas purification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化装置からガス精製装置に供給されるガス化ガス中の被毒成分の濃度に基づいてガス精製装置の運転を制御することにより、化成品製造プロセスにおける触媒の寿命をコントロールするようにしたガス精製装置の運転制御方法及び装置に関する。 The present invention controls the life of a catalyst in a chemical product manufacturing process by controlling the operation of the gas purification device based on the concentration of poisoning components in the gasification gas supplied from the gasification device to the gas purification device. The present invention relates to an operation control method and apparatus for a gas purification apparatus.
近年、石油の枯渇の問題から、石炭やバイオマス等の石油に依存しない資源或いはオイルサンドやペトロコーク等の石油系の未利用資源からの化成品製造プロセスが注目されている。 In recent years, due to the problem of oil depletion, chemical product manufacturing processes from resources that do not depend on oil such as coal and biomass, or from petroleum-based unused resources such as oil sand and petro coke, have attracted attention.
化成品製造プロセスの1つとして、石炭やバイオマス等をガス化炉でガス化し更に必要な場合には改質炉によりガスの改質を行うガス化装置によりガス化ガス(H2とCOの混合ガス)を製造し、このガス化ガスを触媒を備えた化成品製造プロセスに供給して様々な化成品を製造する研究・実用化が進められている。 As one of the chemical product manufacturing processes, coal and biomass are gasified in a gasifier and, if necessary, gasified gas (mixed of H 2 and CO) by a gasifier that reforms the gas in a reformer. Research and commercialization of producing various chemical products by supplying the gasified gas to a chemical product manufacturing process equipped with a catalyst is underway.
例えばガス化ガスを用いた液体燃料化プロセスの一つであるFT合成(Fischer-Tropsch合成)は、ガス化ガスから主に直鎖の炭化水素を合成する反応であり、石油に依存せずに液体燃料(軽油,灯油,ガソリン)を生成することが可能である。 For example, FT synthesis (Fischer-Tropsch synthesis), which is one of the liquid fuel processes using gasified gas, is a reaction that mainly synthesizes straight-chain hydrocarbons from gasified gas, without relying on petroleum. Liquid fuel (light oil, kerosene, gasoline) can be generated.
FT合成
2nH2+nCO → (−CH2−)+nH2O
(−CH2−):液体燃料(軽油,灯油,ガソリン等)
FT synthesis 2nH 2 + nCO → (—CH 2 −) + nH 2 O
(-CH 2 -): liquid fuel (light oil, kerosene, gasoline, etc.)
ガス化ガスを利用したその他の化成品製造プロセスとしては、メタノールやDME(ジメチルエーテル)合成、水素製造、アンモニア製造など様々なものが研究・実用化されている。 As other chemical product manufacturing processes using gasified gas, various processes such as methanol and DME (dimethyl ether) synthesis, hydrogen production, and ammonia production have been studied and put into practical use.
前記ガス化装置で製造されるガス化ガス中には、タール分(芳香族炭化水素等)や硫黄分(H2S,COS等)、窒素分(NH3,HCN等)といった化成品製造プロセスの触媒の活性を低下させる被毒成分が含まれているため、化成品製造プロセスの前段においてそれらの被毒成分を除去するためのガス精製装置を設置する必要がある。 In the gasified gas produced by the gasifier, a chemical product manufacturing process such as tar content (aromatic hydrocarbons, etc.), sulfur content (H 2 S, COS, etc.), nitrogen content (NH 3 , HCN, etc.) Therefore, it is necessary to install a gas refining device for removing these poisoning components before the chemical product manufacturing process.
ガス精製装置では、吸着や反応によって触媒への影響が無視できるほどの濃度(許容濃度)まで被毒成分を除去・低減している。 In gas purification equipment, poisoning components are removed and reduced to such a concentration (allowable concentration) that the influence on the catalyst can be ignored by adsorption and reaction.
しかし、ガス化ガスを製造するガス化装置の運転条件やガス化する原料の組成の違いによって製造されるガス化ガス中の被毒成分濃度や組成が大きく変化することが考えられ、このために、ガス精製装置を一定の運転条件で運転した場合には被毒成分を処理しきれずに被毒成分が後段の化成品製造プロセスへ移行し、予期せぬ触媒の劣化を招く恐れがあり、この場合には触媒の寿命が著しく短縮されてしまう。特に近年、質の悪い石炭(劣質炭)やバイオマス、廃棄物等といった不純物や被毒成分が多く含まれ且つ組成が一定ではない資源のガス化が検討されており、よってガス化ガス中の被毒成分が予想以上に大きく変動する可能性がある。 However, it is conceivable that the concentration and composition of poisoning components in the gasified gas produced vary greatly depending on the operating conditions of the gasifier that produces the gasified gas and the composition of the raw material to be gasified. When the gas purifier is operated under certain operating conditions, the poisoned components cannot be processed completely, and the poisoned components may shift to the subsequent chemical product manufacturing process, leading to unexpected catalyst deterioration. In some cases, the life of the catalyst is significantly shortened. In particular, in recent years, gasification of resources that are rich in impurities and poisonous components such as poor quality coal (inferior coal), biomass, waste, etc. and whose composition is not constant has been studied. Poison components can fluctuate more than expected.
従って、後段の化成品製造プロセスへの被毒成分の混入を避けるために、ガス精製装置での被毒成分の除去性能を高く設定して安全性を高める等の対策が必要となるが、前記被毒成分の変動を考慮してガス精製装置による被毒成分の除去性能を一定の高い値に設定した場合には、被毒成分が低い場合にガス化ガスを処理するための処理水や薬剤が過剰に供給されることになって、ランニングコストが増加するという問題がある。 Therefore, in order to avoid mixing poisonous components into the chemical production process at the subsequent stage, measures such as setting the removal performance of poisonous components in the gas purifier high to increase safety are necessary. Treated water and chemicals for treating gasified gas when poisoning components are low when the poisoning component removal performance by the gas purifier is set to a certain high value in consideration of fluctuations in poisoning components As a result, the running cost increases.
尚、硫酸プラントの転化器に流入するプロセスガスの温度の制御について技術開示した先行技術情報には特許文献1がある。
しかし、特許文献1に記載のものは、硫酸プラントの転化器に供給される二酸化イオウ及び酸素を含む原料ガスの二酸化イオウ濃度及び流量に基づいて転化器の触媒層に流入するプロセスガスの温度を制御するようにしてものであり、ガス化装置で製造されるガス化ガス中の被毒成分の濃度が変動する場合において、ガス化ガス中の被毒成分の濃度に基づいてガス精製装置の運転を制御することにより、化成品製造プロセスの触媒の寿命をコントロールするようにした技術については開示されていない。 However, in Patent Document 1, the temperature of the process gas flowing into the catalyst layer of the converter is determined based on the sulfur dioxide concentration and flow rate of the raw material gas containing sulfur dioxide and oxygen supplied to the converter of the sulfuric acid plant. When the concentration of poisoning components in the gasification gas produced by the gasifier varies, the operation of the gas purification device is performed based on the concentration of poisoning components in the gasification gas. There is no disclosure of a technique for controlling the life of the catalyst in the chemical product manufacturing process by controlling the above.
本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、ガス化装置からガス精製装置に供給されるガス化ガス中の被毒成分の濃度に基づいてガス精製装置の運転を制御することにより、化成品製造プロセスの触媒の寿命をコントロールするようにしたガス精製装置の運転制御方法及び装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and by controlling the operation of the gas purification device based on the concentration of poisoning components in the gasification gas supplied from the gasification device to the gas purification device, An object of the present invention is to provide an operation control method and apparatus for a gas purifier that controls the life of a catalyst in a product manufacturing process.
本発明は、ガス化装置からのガス化ガスを触媒が備えられた化成品製造プロセスに供給して化成品を製造する際に、前記ガス化装置からのガス化ガスをガス精製装置に供給し、該ガス精製装置に備えた性能調節部を調節して前記触媒の活性を低下させる被毒成分濃度を低減するようにしているガス精製装置の運転制御方法であって、
ガス化装置に供給する原料の組成を分析して原料中被毒成分濃度を得る原料組成分析手段と、ガス化装置の運転状態を検出するガス化運転条件検出手段と、ガス精製装置出口のガス化ガスの組成を分析して出口被毒成分濃度を得る出口組成分析手段とを備え、
原料組成分析手段により得た原料中被毒成分濃度とガス化運転条件検出手段により検出したガス化装置の運転状態とからガス精製装置入口の被毒成分濃度を予測し、
該予測被毒成分濃度が設定濃度に低減されるように前記性能調節部を先行制御し、且つ出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正するようにした
ことを特徴とするガス精製装置の運転制御方法、に係るものである。
The present invention supplies gasified gas from the gasifier to a gas purifier when supplying the gasified gas from the gasifier to a chemical product manufacturing process equipped with a catalyst to manufacture a chemical product. An operation control method for a gas purifier that adjusts a performance adjusting unit provided in the gas purifier to reduce the concentration of poisoning components that reduce the activity of the catalyst,
Raw material composition analysis means for analyzing the composition of the raw material supplied to the gasifier and obtaining the concentration of poisoning components in the raw material, gasification operation condition detection means for detecting the operating state of the gasifier, and gas at the gas purifier outlet An outlet composition analyzing means for analyzing the composition of the gasified gas to obtain the outlet poisoning component concentration,
From the raw material poisoning component concentration obtained by the raw material composition analysis means and the operation state of the gasifier detected by the gasification operation condition detection means, the poisoning component concentration at the gas purification device inlet is predicted,
The performance adjustment unit is controlled in advance so that the predicted poisoning component concentration is reduced to a set concentration, and the predicted poisoning component concentration is corrected by the outlet poisoning component concentration obtained by the outlet composition analysis means. The present invention relates to an operation control method for a gas purifier.
上記ガス精製装置の運転制御方法において、ガス精製装置入口のガス化ガスの組成を分析して入口被毒成分濃度を得る入口組成分析手段を設け、該入口組成分析手段により得た入口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正することは好ましい。 In the operation control method of the above gas purification apparatus, an inlet composition analyzing means is provided for analyzing the composition of the gasified gas at the gas purification apparatus inlet to obtain the inlet poison component concentration, and the inlet poison component obtained by the inlet composition analysis means. It is preferable to correct the predicted poisoning component concentration by the concentration.
又、上記ガス精製装置の運転制御方法において、出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度から化成品製造プロセスの触媒の寿命を評価し、該寿命の評価値に基づいて触媒の目標寿命を達成するのに必要な寿命達成濃度を算出し、該寿命達成濃度を前記設定濃度とすることは好ましい。 Further, in the operation control method of the gas purification apparatus, the life of the catalyst in the chemical product manufacturing process is evaluated from the concentration of the poisoned component at the outlet obtained by the outlet composition analyzing means, and the target life of the catalyst is determined based on the evaluation value of the life. It is preferable to calculate a life achievement concentration necessary to achieve and set the life achievement concentration as the set concentration.
又、上記ガス精製装置の運転制御方法において、化成品製造プロセスが、液体燃料製造装置、メタノール製造装置、DME合成装置、水素製造装置、アンモニア製造装置の少なくとも1つであることは好ましい。 In the operation control method for the gas purification apparatus, the chemical product manufacturing process is preferably at least one of a liquid fuel manufacturing apparatus, a methanol manufacturing apparatus, a DME synthesis apparatus, a hydrogen manufacturing apparatus, and an ammonia manufacturing apparatus.
本発明は、ガス化装置からのガス化ガスを触媒が備えられた化成品製造プロセスに供給して化成品を製造する際に、前記ガス化装置からのガス化ガスをガス精製装置に供給し、該ガス精製装置に備えた性能調節部を調節して前記触媒の活性を低下させる被毒成分濃度を低減するようにしているガス精製装置の運転制御装置であって、
ガス化装置に供給する原料の組成を分析して原料中被毒成分濃度を得る原料組成分析手段と、
ガス化装置における運転状態を検出するガス化運転条件検出手段と、
ガス精製装置出口のガス化ガスの組成を分析して出口被毒成分濃度を得る出口組成分析手段と、
原料組成分析手段により得た原料中被毒成分濃度とガス化運転条件検出手段により検出したガス化装置の運転状態とからガス精製装置入口の被毒成分濃度を予測するオンライン予測部と、該オンライン予測部からの予測被毒成分濃度を入力して該予測被毒成分濃度が設定濃度に低減されるよう操作変数を設定して前記性能調節部を先行制御すると共に、前記出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正するようにした運転指令部とからなる制御器と
を有することを特徴とするガス精製装置の運転制御装置、に係るものである。
The present invention supplies gasified gas from the gasifier to a gas purifier when supplying the gasified gas from the gasifier to a chemical product manufacturing process equipped with a catalyst to manufacture a chemical product. An operation control device for a gas purification device that adjusts a performance adjusting unit provided in the gas purification device to reduce a concentration of a poisoning component that reduces the activity of the catalyst,
Raw material composition analysis means for analyzing the composition of the raw material supplied to the gasifier and obtaining the concentration of poisoning components in the raw material;
Gasification operation condition detection means for detecting an operation state in the gasifier,
An outlet composition analyzing means for analyzing the composition of the gasification gas at the outlet of the gas purifier and obtaining the concentration of the outlet poisoning component;
An on-line prediction unit for predicting the concentration of poisoning components at the gas purifier inlet from the concentration of poisoning components in the raw material obtained by the raw material composition analysis means and the operating state of the gasifier detected by the gasification operation condition detection means; The predicted poisoning component concentration from the prediction unit is input, an operation variable is set so that the predicted poisoning component concentration is reduced to a set concentration, and the performance adjusting unit is controlled in advance, and obtained by the outlet composition analysis means. And a controller comprising an operation command unit configured to correct the predicted poisoned component concentration based on the outlet poisoned component concentration.
上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置入口のガス化ガスの組成を分析して入口被毒成分濃度を得、得られた入口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正する入口組成分析手段を有することは好ましい。 In the operation control device of the gas purification device, the composition of the gasification gas at the gas purification device inlet is analyzed to obtain an inlet poison component concentration, and the predicted poison component concentration is corrected by the obtained inlet poison component concentration. It is preferable to have an inlet composition analysis means.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、制御器が、出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度から化成品製造プロセスの触媒の寿命を評価する寿命評価部と、該寿命評価部により得られた寿命の評価値から触媒の目標寿命を達成するのに必要な寿命達成濃度を算出し、算出した寿命達成濃度を前記設定濃度として前記運転指令部に入力する寿命達成濃度算出部とを有することは好ましい。 Further, in the operation control device of the gas purification apparatus, the controller includes a life evaluation unit for evaluating the life of the catalyst in the chemical product manufacturing process from the concentration of the exit poison component obtained by the exit composition analysis means, and the life evaluation unit. A life achievement concentration necessary for achieving the target life of the catalyst is calculated from the obtained life evaluation value, and a life achievement concentration calculation unit that inputs the calculated life achievement concentration to the operation command unit as the set concentration It is preferable to have it.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置がタール除去装置であり、性能調節部がタール除去装置のスプレーノズルに冷却水を供給する給水ポンプであることは好ましい。 In the operation control device of the gas purification device, it is preferable that the gas purification device is a tar removing device, and the performance adjusting unit is a feed water pump for supplying cooling water to a spray nozzle of the tar removing device.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置が脱硫装置であり、性能調節部が脱硫装置に硫黄吸収剤を供給する吸収剤供給手段であることは好ましい。 In the operation control apparatus of the gas purification apparatus, it is preferable that the gas purification apparatus is a desulfurization apparatus and the performance adjusting unit is an absorbent supply means for supplying a sulfur absorbent to the desulfurization apparatus.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置が脱硝装置であり、性能調節部が脱硝装置の触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給ポンプであることは好ましい。 In the operation control device of the gas purification device, it is preferable that the gas purification device is a denitration device, and the performance adjusting unit is an ammonia supply pump that supplies ammonia to a catalyst of the denitration device.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置が脱アンモニア装置であり、性能調節部が脱アンモニア装置にアンモニア吸収剤を供給するポンプであることは好ましい。 In the operation control device of the gas purification device, it is preferable that the gas purification device is a deammonification device, and the performance adjusting unit is a pump for supplying an ammonia absorbent to the deammonification device.
又、上記ガス精製装置の運転制御装置において、ガス精製装置が脱ベンゼン装置であり、性能調節部が脱ベンゼン装置にベンゼン吸収剤を供給するポンプであることは好ましい。 In the operation control apparatus of the gas purification apparatus, it is preferable that the gas purification apparatus is a debenzene apparatus, and the performance adjusting unit is a pump that supplies a benzene absorbent to the debenzene apparatus.
本発明のガス精製装置の運転制御方法及び装置によれば、原料組成分析手段により得た原料中被毒成分濃度とガス化運転条件検出手段により検出したガス化装置の運転状態とからガス精製装置入口の被毒成分濃度を予測し、該予測被毒成分濃度が設定濃度に低減されるように前記性能調節部を先行制御し、出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正するようにしたので、最小限のガス精製装置の運転によって、化成品製造プロセスに供給されるガス化ガス中の被毒成分を設定濃度に維持することができ、よってガス精製装置のランニングコストを最小限に抑えられる効果がある。 According to the operation control method and apparatus of the gas purification apparatus of the present invention, the gas purification apparatus is based on the concentration of poisoning components in the raw material obtained by the raw material composition analyzing means and the operating state of the gasifier detected by the gasification operating condition detecting means The poisoning component concentration at the entrance is predicted, the performance adjusting unit is controlled in advance so that the predicted poisoning component concentration is reduced to the set concentration, and the predicted poisoning component concentration is obtained from the exit poisoning component concentration obtained by the outlet composition analysis means. Since the poison component concentration was corrected, the poison component in the gasified gas supplied to the chemical product manufacturing process can be maintained at the set concentration with the minimum operation of the gas purification device. There is an effect that the running cost of the apparatus can be minimized.
又、出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度から化成品製造プロセスの触媒の寿命を評価し、該寿命の評価値に基づいて触媒の目標寿命を達成するのに必要な寿命達成濃度を算出し、該寿命達成濃度を前記設定濃度として制御することにより、化成品製造プロセスの触媒を目標寿命まで安定して作用させられる効果がある。 In addition, the life of the catalyst in the chemical product manufacturing process is evaluated from the concentration of the exit poison component obtained by the exit composition analysis means, and the life achievement concentration necessary to achieve the target life of the catalyst is determined based on the estimated value of the life. By calculating and controlling the life achievement concentration as the set concentration, there is an effect that the catalyst of the chemical product manufacturing process can be stably operated to the target life.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すブロック図であり、1は石炭、バイオマス等の原料2をガス化してガス化ガス3を製造するガス化炉であり、4は前記ガス化ガス3中のタールを改質してガス化するための必要に応じて設けられる改質炉であり、上記ガス化炉1と改質炉4によってガス化装置5が構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment for carrying out the present invention, wherein 1 is a gasification furnace for producing a
ガス化装置5で製造されたガス化ガス3はガス精製装置6に供給され、ガス精製装置6では後述する化成品製造プロセスに備えられる触媒の活性を低下させる被毒成分を除去するようにしている。図1のガス精製装置6は、ガス化ガス3中のタール分を除去するタール除去装置7と、ガス化ガス3中の硫黄分を除去する脱硫装置8と、ガス化ガス3中の窒素分を除去する脱硝装置9と、ガス化ガス3中のアンモニアを除去する脱アンモニア装置58と、ガス化ガス3中のベンゼンを除去する脱ベンゼン装置59とを備えた場合を示している。
The gasified
前記タール除去装置7は、図2に示す如く、給水ポンプ11からの冷却水12をスプレー塔13に設けたスプレーノズル14から噴射してガス化ガス3と接触させることによりガス化ガス3中のタール分を除去するようにしている。ここで、タール除去装置7では冷却水12の供給を調節することによってタール除去性能を調節できるため、前記給水ポンプ11は性能調節部10aとして作用している。又、図2では前記スプレー塔13内のタール混合水15を取り出して分離装置16によりタール分17と水18とに分離しており、分離装置16で分離した水18は前記冷却水12の1部として再利用するようにしている。
As shown in FIG. 2, the
前記脱硫装置8は、図3に示す如く、石灰石19と空気20が水に混入された吸収液体21(硫黄吸収剤)を、吸収液体供給ポンプ22(吸収剤供給手段)によって吸収塔23に設けたスプレーノズル24から噴射させてガス化ガス3と接触させることによりガス化ガス3中の硫黄分を湿式脱硫によって除去する場合を示している。ここで、この脱硫装置8では吸収液体21の供給を調節することによって脱硫性能を調節できるため、前記吸収液体供給ポンプ22は性能調節部10bとして作用している。図3では吸収液体供給ポンプ22からの吸収液体21の一部を取り出して石膏を回収するようにしている。
As shown in FIG. 3, the desulfurization apparatus 8 is provided with an absorption liquid 21 (sulfur absorbent) in which
又、図4は前記脱硫装置8の他の例を示すもので、吸収粉体サイロ25に貯留された水酸化カルシウム(Ca(OH)2)等の吸収粉体26(硫黄吸収剤)を、計量器27を経て空気搬送するようにした吸収粉体搬送ポンプ28(吸収剤供給手段)により吸収塔29に供給してガス化ガス3と接触させることによりガス化ガス3中の硫黄分を乾式脱硫によって除去する場合を示している。ここで、この脱硫装置8では吸収粉体26の供給を調節することによって脱硫性能を調節できるため、前記吸収粉体搬送ポンプ28は性能調節部10bとして作用している。
Further, FIG. 4 shows another example of the desulfurizer 8,
前記脱硝装置9は、図5に示す如く、脱硝触媒30が内部に装填されている脱硝塔31におけるガス化ガス3の入口部32に、アンモニア供給ポンプ33からのアンモニア(NH3)34を噴射して脱硝触媒30を通すことにより、ガス化ガス3中の窒素酸化物(NOx)を窒素(H2)と水(H2O)とに分解するようにしている。ここで、この脱硝装置9ではアンモニア34の供給を調節することによって脱硝性能を調節できるため、前記アンモニア供給ポンプ33は性能調節部10cとして作用している。
As shown in FIG. 5, the denitration device 9 injects ammonia (NH 3 ) 34 from an
前記脱アンモニア装置58は、図6に示す如く、ラシヒリング等が充填された充填塔60の上部に、ポンプ61によりアンモニア吸収剤58aとして水を供給し、この水と下部から導入されるガス化ガス3とを接触させることによりガス化ガス3中のアンモニアを吸収除去するようにしている。62はミストセパレータである。ここで、脱アンモニア装置58ではアンモニア吸収剤58aの供給を調節することによって脱アンモニア性能を調節できるため、前記ポンプ61は性能調節部10dとして作用している。
As shown in FIG. 6, the
前記脱ベンゼン装置59は、図7に示す如く、前記図6と同様に構成された充填塔60の上部に、ポンプ63によりベンゼン吸収剤59aとしてメチルナフタレン等の有機溶媒を供給し、この有機溶媒と下部から導入されるガス化ガス3とを接触させることによりガス化ガス3中のベンゼンを吸収除去するようにしている。ここで、この脱ベンゼン装置59ではベンゼン吸収剤59aの供給を調節することによって脱ベンゼン性能を調節できるため、前記ポンプ63は性能調節部10eとして作用している。
As shown in FIG. 7, the
図1のガス精製装置6によって被毒成分が除去されたガス化ガス3は、化成品製造プロセス35に供給されて化成品が製造される。
The gasified
図1の化成品製造プロセス35には、液体燃料製造装置36a、メタノール製造装置36b、DME(ジメチルエーテル)合成装置36c、水素製造装置36d、アンモニア製造装置36e等が設けられており、各製造装置36a,36b,36c,36d,36eには製造する化成品である液体燃料、メタノール、DME、水素、アンモニア等の夫々に応じた触媒37a,37b,37c,37d,37eが備えられている。又、ガス精製装置6からのガス化ガス3を各製造装置36a,36b,36c,36d,36eに導く流路には切換弁38が備えてあり、ガス精製装置6からのガス化ガス3を1つの製造装置に導いて1種類の化成品を製造したり、或いは複数の製造装置に同時に導いて複数種類の化成品を同時に製造できるようにしている。尚、図1では製造装置36a,36b,36c,36d,36eを備えた場合について例示したが、製造装置は前記の1つのみを備えたり、或いは複数を備えるようにしてもよい。
1 includes a liquid
図1中、39はガス精製装置6の運転を制御する制御器である。40はガス化装置5のガス化炉1に供給する原料2の組成を分析して原料中の被毒成分濃度を得るようにした原料組成分析手段であり、該原料組成分析手段40によって得られた原料中被毒成分濃度41は前記制御器39に入力している。
In FIG. 1, 39 is a controller that controls the operation of the
42は前記ガス化炉1に対する原料2の供給量、ガス化温度、圧力等の運転状態を検出するようにしたガス化運転条件検出手段であり、該ガス化運転条件検出手段42によって得られた運転状態43は前記制御器39に入力している。ここで、ガス化運転条件検出手段42は改質炉4の改質温度、圧力等の運転状態も同時に検出して制御器39に入力するようにしてもよい。
44はガス精製装置6入口のガス化ガス3の組成を分析して入口被毒成分濃度を得るようにした入口組成分析手段であり、該入口組成分析手段44によって得られた入口被毒成分濃度45は前記制御器39に入力している。
44 is an inlet composition analysis means for analyzing the composition of the
46はガス精製装置6出口のガス化ガス3の組成を分析して出口被毒成分濃度を得るようにした出口組成分析手段であり、該出口組成分析手段46によって得られた出口被毒成分濃度47は前記制御器39に入力している。
46 is an outlet composition analyzing means for analyzing the composition of the gasified
尚、原料組成分析手段40、入口組成分析手段44、出口組成分析手段46には、GC-TCD,GC-FID,GC-MSなどのガスクロマグラフ装置、電極を用いたガス分析装置等を用いることができる。 For the raw material composition analyzing means 40, the inlet composition analyzing means 44, and the outlet composition analyzing means 46, a gas chromatograph apparatus such as GC-TCD, GC-FID, or GC-MS, a gas analyzing apparatus using electrodes, or the like is used. Can do.
又、この形態では説明を簡略化するために、ガス化ガス3の流量を一定とした場合における被毒成分濃度について説明するが、ガス化ガス3の流量が変動してガス精製装置6へ供給される被毒成分の単位時間当たりの量が変動した場合にも触媒37a,37b,37c,37d,37eの活性に影響を及ぼすことになるため、前記被毒成分濃度による制御に加えてガス化ガス3の流量も考慮した制御を行うことが好ましい。
Further, in this embodiment, in order to simplify the description, the concentration of poisoning components when the flow rate of the
図8は前記制御器39の構成の一例を示すブロック図であり、制御器39はオンライン予測部48を有しており、該オンライン予測部48は、原料組成分析手段40により得た原料中被毒成分濃度41とガス化運転条件検出手段42により検出したガス化装置5の運転状態43とを入力してガス精製装置6入口の被毒成分濃度を予測した予測被毒成分濃度49を出力するようになっている。この時、前記入口組成分析手段44によって得られたガス精製装置6入口における入口被毒成分濃度45を前記オンライン予測部48に入力することにより、前記予測被毒成分濃度49を補正することができる。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the
更に、制御器39は、前記オンライン予測部48からの予測被毒成分濃度49を入力すると共に設定濃度50が入力された運転指令部51を有している。運転指令部51は、前記予測被毒成分濃度49に基づいてガス精製装置6出口の被毒成分濃度が設定濃度50に維持されるように操作変数を設定した制御信号52を出力し、この制御信号52によって前記ガス精製装置6の各性能調節部10a,10b,10c,10d,10eを先行制御するようにしている。更に、前記出口組成分析手段46によって得られた出口被毒成分濃度47が前記運転指令部51に入力されて前記予測被毒成分濃度49を補正するフィードバック制御を行うようになっている。
Further, the
次に、上記図示例の作動を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
図1、図6において、ガス化装置5のガス化炉1に供給する石炭、バイオマス等の原料2の組成を原料組成分析手段40により分析して原料中の被毒成分濃度を得、この原料中被毒成分濃度41を制御器39のオンライン予測部48に入力すると共に、前記ガス化装置5に備えたガス化運転条件検出手段42により検出した原料供給量、ガス化温度、圧力等の運転状態43を前記オンライン予測部48に入力する。オンライン予測部48では、前記原料中被毒成分濃度41と前記運転状態43とからガス精製装置6入口での被毒成分濃度を示す予測被毒成分濃度49を得るようにしている。
1 and 6, the composition of the
この時、図9に示すように、原料2中に含まれる微量成分a,b,cの濃度と、ガス化後のガス化ガス3中に含まれる前記微量成分a,b,cの濃度との関係を予め求めておくことにより、原料2を分析して得られた各被毒成分濃度から、ガス化ガス3中の各被毒成分濃度を予測して求めることができる。
At this time, as shown in FIG. 9, the concentration of the trace components a, b, c contained in the
前記オンライン予測部48で得られたガス精製装置6出口における予測被毒成分濃度49は、設定濃度50が入力された運転指令部51に入力され、運転指令部51は、図10に示すように、予測被毒成分濃度49に基づいてガス精製装置6出口の被毒成分濃度が設定濃度50に維持されるように操作変数を設定した制御信号52を前記ガス精製装置6の各性能調節部10a,10b,10cに送って先行制御する。
The predicted poisoned
即ち、図2のタール除去装置7では給水ポンプ11に制御信号52を送ってタール除去性能を調節し、図3の脱硫装置8では、吸収液体供給ポンプ22(吸収剤供給手段)に制御信号52を送って脱硫性能を調節し、図4の脱硫装置8では吸収粉体搬送ポンプ28(吸収剤供給手段)に制御信号52を送って脱硫性能を調節し、図5の脱硝装置9ではアンモニア供給ポンプ33に制御信号52を送って脱硝性能を調節し、図6の脱アンモニア装置58ではポンプ61に制御信号52を送って脱アンモニア性能を調節し、図7の脱ベンゼン装置59ではポンプ63に制御信号52を送って脱ベンゼン性能を調節する。
That is, the
これにより、原料2の種類や性状が変化したり、或いは、ガス化装置5の運転状態が変化することによってガス化ガス3中の被毒成分の濃度が変化するような場合にも、運転指令部51はオンライン予測部48からの予測被毒成分濃度49に基づいて各性能調節部10a,10b,10cを先行制御するので、ガス精製装置6から化成品製造プロセス35に導かれるガス化ガス3の被毒成分濃度は前記設定濃度50に安定して保持される。
Thereby, even when the type or property of the
更に、運転指令部51には、前記出口組成分析手段46によって得られた出口被毒成分濃度47が入力されて前記予測被毒成分濃度49を補正するようにしているので、このフィードバック制御によってガス精製装置6から化成品製造プロセス35に導かれるガス化ガス3の被毒成分濃度は更に精度良く一定に保持される。このように、化成品製造プロセス35に導かれるガス化ガス3の被毒成分濃度を一定に保持することにより、触媒37a,37b,37c,37d,37eの寿命を延長させることができる。
Further, since the outlet
図11は前記制御器の他の構成を示すブロック図であり、この制御器39'は、出口組成分析手段46によって得られた出口被毒成分濃度47に基づいて化成品製造プロセス35における触媒37a,37b,37c,37d,37eの活性低下による寿命を評価する寿命評価部53を有しており、更に、該寿命評価部53により得られた寿命の評価値54と触媒37a,37b,37c,37d,37eの目標寿命55とが入力される寿命達成濃度算出部56を有している。そして、寿命達成濃度算出部56は、目標寿命55を達成するのに必要な寿命達成濃度57を算出し、この算出した寿命達成濃度57を図8の設定濃度50に代わる設定濃度として前記運転指令部51に入力するようにしている。
FIG. 11 is a block diagram showing another configuration of the controller. The
触媒に被毒成分が吸着することによる触媒の活性低下は主に以下の式で示される。
a1:初期反応速度(mol/h)
kp:被毒反応の速度定数 (h/m3)
q0:反応開始時の触媒表面の全活性サイト数(H2もしくはCO吸着法により測定)(mol)
Cp:被毒物質濃度(mol/m3)
t:時間(h)
参考文献:J. M. Smith, Chemical Engineering Kinetics, McGRAW-HILL 1981, p381-383
The decrease in the activity of the catalyst due to the adsorption of poisoning components on the catalyst is mainly represented by the following formula.
a 1 : Initial reaction rate (mol / h)
k p : Rate constant of poisoning reaction (h / m 3 )
q 0 : total number of active sites on the catalyst surface at the start of the reaction (measured by H 2 or CO adsorption method) (mol)
C p: poisoning substance concentration (mol / m 3)
t: Time (h)
References: JM Smith, Chemical Engineering Kinetics, McGRAW-HILL 1981, p381-383
例えば、予備試験として、ガス化ガス3中に含まれる既知の物質(被毒成分)を所定の濃度(Cp)分だけガス化ガス3に添加し、活性測定試験を行う。活性劣化挙動から、a1およびkpを算出することにより、物質ごとの被毒成分による設定時間での許容濃度を算出する。可能であれば、全ての物質についての影響を算出すべきであるが、構造が類似する物質に関しては、各物質量(吸着熱や蒸発熱)による近似式より補正して許容濃度を求めることができる。
For example, as a preliminary test, a known substance (poisoned component) contained in the
従って、図12に被毒成分Aと被毒成分Bにおける被毒成分濃度と触媒寿命との関係を示すように、被毒成分濃度が増加すると触媒の活性が急激に低下して寿命が著しく低下することが得られるので、触媒の要求される目標寿命を設定することにより、触媒の目標寿命を達成するのに必要な寿命達成濃度を算出することができる。 Therefore, as shown in FIG. 12 showing the relationship between the poisoning component concentration in the poisoning component A and the poisoning component B and the catalyst life, the activity of the catalyst is drastically lowered when the poisoning component concentration is increased. Therefore, by setting the required target life of the catalyst, it is possible to calculate the life achievement concentration necessary to achieve the target life of the catalyst.
従って、図11の前記寿命達成濃度算出部56に目標寿命55を入力すると、寿命達成濃度算出部56は、出口組成分析手段46によって得られた出口被毒成分濃度47から寿命評価部53により得られた寿命の評価値54に基づき、目標寿命55達成するのに必要な寿命達成濃度57を算出し、この算出した寿命達成濃度57が図8における設定濃度50に代わる設定濃度として前記運転指令部51に入力され、これによりガス精製装置6出口の被毒成分濃度が寿命達成濃度57に維持されるようになり、よって化成品製造プロセス35の触媒37a,37b,37c,37d,37eの寿命は前記目標寿命55にコントロールされるようになる。
Accordingly, when the
上記したように、原料組成分析手段40により得た原料中被毒成分濃度41とガス化運転条件検出手段42により検出したガス化装置5の運転状態43とからガス精製装置6入口の被毒成分濃度を予測し、この予測被毒成分濃度49が設定濃度50に低減されるようにガス精製装置6の性能調節部10a,10b,10cを先行制御し、且つ、出口組成分析手段46により得た出口被毒成分濃度47により前記予測被毒成分濃度49を補正するようにしたので、最小限のガス精製装置6の運転によって、化成品製造プロセス35に供給されるガス化ガス3中の被毒成分を設定濃度50に維持することができ、よってガス精製装置6のランニングコストを最小限に抑えることができる。
As described above, the poisoning components at the inlet of the
又、出口組成分析手段46により得た出口被毒成分濃度47から化成品製造プロセス35の触媒37a,37b,37c,37d,37eの寿命を評価し、該寿命の評価値54に基づいて触媒の目標寿命55を達成するのに必要な寿命達成濃度57を算出し、該寿命達成濃度57を設定濃度として性能調節部10a,10b,10cを制御することにより、化成品製造プロセス35の触媒37a,37b,37c,37d,37eを目標寿命55まで安定して作用させることができる。
Further, the life of the
なお、上記形態では、被毒成分濃度に基づいた制御を行う場合について説明したが、ガス化ガスの流量も考慮した被毒成分の単位時間当たりの供給量に基づいて制御するようにしてもよいこと、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。 In the above embodiment, the case where the control based on the poisoning component concentration is described, but the control may be performed based on the supply amount of the poisoning component per unit time in consideration of the flow rate of the gasification gas. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
2 原料
3 ガス化ガス
5 ガス化装置
6 ガス精製装置
7 タール除去装置
8 脱硫装置
9 脱硝装置
10a,10b,10c,10d,10e 性能調節部
11 給水ポンプ(性能調節部10a)
14 スプレーノズル
21 吸収液体(硫黄吸収剤)
22 吸収液体供給ポンプ(吸収剤供給手段)(性能調節部10b)
26 吸収粉体(硫黄吸収剤)
28 吸収粉体搬送ポンプ(吸収剤供給手段)(性能調節部10b)
33 アンモニア供給ポンプ(性能調節部10c)
34 アンモニア
35 化成品製造プロセス
36a 液体燃料製造装置
36b メタノール製造装置
36c DME合成装置
36d 水素製造装置
36e アンモニア製造装置
37a,37b,37c,37d,37e 触媒
39 制御器
39' 制御器
40 原料組成分析手段
41 原料中被毒成分濃度
42 ガス化運転条件検出手段
43 運転状態
44 入口組成分析手段
45 入口被毒成分濃度
46 出口組成分析手段
47 出口被毒成分濃度
48 オンライン予測部
49 予測被毒成分濃度
50 設定濃度
51 運転指令部
53 寿命評価部
54 評価値
55 目標寿命
56 寿命達成濃度算出部
57 寿命達成濃度
58 脱アンモニア装置
59 脱ベンゼン装置
61 ポンプ
62 ポンプ
2
14
22 Absorption liquid supply pump (absorbent supply means) (
26 Absorbent powder (sulfur absorbent)
28 Absorbent Powder Conveyance Pump (Absorbent Supply Unit) (
33 Ammonia supply pump (
34
Claims (12)
ガス化装置に供給する原料の組成を分析して原料中被毒成分濃度を得る原料組成分析手段と、ガス化装置の運転状態を検出するガス化運転条件検出手段と、ガス精製装置出口のガス化ガスの組成を分析して出口被毒成分濃度を得る出口組成分析手段とを備え、
原料組成分析手段により得た原料中被毒成分濃度とガス化運転条件検出手段により検出したガス化装置の運転状態とからガス精製装置入口の被毒成分濃度を予測し、
該予測被毒成分濃度が設定濃度に低減されるように前記性能調節部を先行制御し、且つ出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正するようにした
ことを特徴とするガス精製装置の運転制御方法。 When producing a chemical product by supplying the gasification gas from the gasification device to a chemical product production process equipped with a catalyst, the gasification gas from the gasification device is supplied to the gas purification device, and the gas purification An operation control method for a gas purifier that adjusts a performance adjustment unit provided in the apparatus to reduce the concentration of poisoning components that reduce the activity of the catalyst,
Raw material composition analysis means for analyzing the composition of the raw material supplied to the gasifier and obtaining the concentration of poisoning components in the raw material, gasification operation condition detection means for detecting the operating state of the gasifier, and gas at the gas purifier outlet An outlet composition analyzing means for analyzing the composition of the gasified gas to obtain the outlet poisoning component concentration,
From the raw material poisoning component concentration obtained by the raw material composition analysis means and the operation state of the gasifier detected by the gasification operation condition detection means, the poisoning component concentration at the gas purification device inlet is predicted,
The performance adjustment unit is controlled in advance so that the predicted poisoning component concentration is reduced to a set concentration, and the predicted poisoning component concentration is corrected by the outlet poisoning component concentration obtained by the outlet composition analysis means. The operation control method of the gas purification apparatus characterized by the above-mentioned.
ガス化装置に供給する原料の組成を分析して原料中被毒成分濃度を得る原料組成分析手段と、
ガス化装置における運転状態を検出するガス化運転条件検出手段と、
ガス精製装置出口のガス化ガスの組成を分析して出口被毒成分濃度を得る出口組成分析手段と、
原料組成分析手段により得た原料中被毒成分濃度とガス化運転条件検出手段により検出したガス化装置の運転状態とからガス精製装置入口の被毒成分濃度を予測するオンライン予測部と、該オンライン予測部からの予測被毒成分濃度を入力して該予測被毒成分濃度が設定濃度に低減されるよう操作変数を設定して前記性能調節部を先行制御すると共に、前記出口組成分析手段により得た出口被毒成分濃度により前記予測被毒成分濃度を補正するようにした運転指令部とからなる制御器と
を有することを特徴とするガス精製装置の運転制御装置。 When producing a chemical product by supplying the gasification gas from the gasification device to a chemical product production process equipped with a catalyst, the gasification gas from the gasification device is supplied to the gas purification device, and the gas purification An operation control device for a gas purification device that adjusts a performance adjusting unit provided in the device to reduce the concentration of poisoning components that reduce the activity of the catalyst,
Raw material composition analysis means for analyzing the composition of the raw material supplied to the gasifier and obtaining the concentration of poisoning components in the raw material;
Gasification operation condition detection means for detecting an operation state in the gasifier,
An outlet composition analyzing means for analyzing the composition of the gasification gas at the outlet of the gas purifier and obtaining the concentration of the outlet poisoning component;
An on-line prediction unit for predicting the concentration of poisoning components at the gas purifier inlet from the concentration of poisoning components in the raw material obtained by the raw material composition analysis means and the operating state of the gasifier detected by the gasification operation condition detection means; The predicted poisoning component concentration from the prediction unit is input, an operation variable is set so that the predicted poisoning component concentration is reduced to a set concentration, and the performance adjusting unit is controlled in advance, and obtained by the outlet composition analysis means. And a controller comprising an operation command unit configured to correct the predicted poisoning component concentration based on the outlet poisoning component concentration.
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