JP2012188540A - 石炭ガス化システムおよび石炭ガス化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭ガス化炉内の圧力変動によらず、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整すること。
【解決手段】石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパ２と、該供給ホッパ２の下部に連設され、該供給ホッパ２から微粉炭を排出するロータリフィーダ３と、該ロータリフィーダ３から排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉４と、供給ホッパ２内と石炭ガス化炉４内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて供給ホッパ２内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御部５と、を備える石炭ガス化システム１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉を備える石炭ガス化システムおよび石炭ガス化方法に関する。

この種の石炭ガス化システムにおいて前記石炭ガス化炉に微粉炭を供給する粉体計量装置として、例えば下記特許文献１記載の構成が挙げられる。該粉体計量装置は、粉体である微粉炭が収容された計量ホッパと、計量ホッパから所定箇所である石炭ガス化炉に粉体を供給する粉体供給装置と、を備えている。
ここで前記粉体供給装置としては、供給口および排出口が形成されたケーシング、および該ケーシング内に配設されたロータを備えるロータリフィーダを採用することが考えられる。ロータは、回転軸回りに同等の間隔をあけて配設された複数の羽板を備えており、回転軸回りに隣り合う羽板同士の間には仕切り室が形成されている。そして、ロータリフィーダでは、ロータが回転することにより、供給口から供給された計量ホッパ内の微粉炭を仕切り室内に充填させた後、該仕切り室内の微粉炭を排出口から排出する。このように、ロータリフィーダは、ロータが回転することにより、計量ホッパ内の微粉炭を仕切り室に充填される量単位で排出して石炭ガス化炉に供給することから、ロータの回転量を制御することにより、微粉炭の石炭ガス化炉への供給量を調整することができる。

特開平１−５１９３２号公報

しかしながら、前記従来の石炭ガス化システムでは、石炭ガス化炉内の圧力に応じて、ロータリフィーダの前記仕切り室内に充填される微粉炭の充填量が変化し易く、石炭ガス化炉内の圧力が変動すると、圧力変動の前後で、ロータリフィーダのロータを同一回転量だけ回転させたとしても、ロータリフィーダから排出される微粉炭の排出量が異なり、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を調整することが難しいという問題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、石炭ガス化炉内の圧力変動によらず、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することができる石炭ガス化システムを提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本願の請求項１に係る石炭ガス化システムは、石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパと、該供給ホッパの下部に連設され、該供給ホッパから微粉炭を排出するロータリフィーダと、該ロータリフィーダから排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉と、を備える石炭ガス化システムであって、前記供給ホッパ内と前記石炭ガス化炉内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて前記供給ホッパ内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御部を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、前記差圧制御部を備えているので、石炭ガス化炉内の圧力が変動したとしても、供給ホッパ内と石炭ガス化炉内との差圧を目標値に制御し、圧力変動の前後での差圧の変化を抑えることが可能になり、ロータリフィーダの仕切り室内に充填される微粉炭の充填量が変化するのを抑制することができる。

本願の請求項２に係る石炭ガス化方法は、石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパと、該供給ホッパの下部に連設され、該供給ホッパから微粉炭を排出するロータリフィーダと、該ロータリフィーダから排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉と、を備える石炭ガス化システムを用いた石炭ガス化方法であって、前記供給ホッパ内と前記石炭ガス化炉内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて前記供給ホッパ内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御工程を有していることを特徴とする。

この発明によれば、前記差圧制御工程を有しているので、石炭ガス化炉内の圧力が変動したとしても、供給ホッパ内と石炭ガス化炉内との差圧を目標値に制御し、圧力変動の前後での差圧の変化を抑えることが可能になり、ロータリフィーダの仕切り室内に充填される微粉炭の充填量が変化するのを抑制することができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、石炭ガス化炉内の圧力が変動したとしても、圧力変動の前後でロータリフィーダの仕切り室内に充填される微粉炭の充填量が変化するのを抑制することができるので、ロータの回転量を制御することにより、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することができる。

なお石炭ガス化炉は、一般的な高炉などに比べて容積が小さいものが主流で、例えばその容積は数ｍ^３程度であることから、石炭ガス化炉内の圧力が変動し易く、前述の作用効果が顕著に奏功されることとなる。

また、前述のように石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉内で微粉炭の燃焼により生ずるガスの量も高精度に調整することができる。ここで、このガスの量は石炭ガス化炉内の圧力に大きく影響することから、このように該ガスの量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉内において意図しない圧力変動を抑えることが可能になり、石炭ガス化炉の運転を安定させることができる。

さらに前述のように、微粉炭の燃焼により生ずるガスの量が、石炭ガス化炉内の圧力に大きく影響することから、石炭ガス化炉の運転条件を変更するため石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を増減させるときにも、石炭ガス化炉内の圧力が変動することとなる。このような場合であっても、前述のように石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することが可能であり、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を精度よく増減させ、運転条件を円滑に変更することができる。

本願の請求項２に記載の発明によれば、石炭ガス化炉内の圧力が変動したとしても、圧力変動の前後でロータリフィーダの仕切り室内に充填される微粉炭の充填量が変化するのを抑制することができるので、ロータの回転量を制御することにより、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することができる。

なお石炭ガス化炉は、一般的な高炉などに比べて容積が小さいものが主流で、例えばその容積は数ｍ^３程度であることから、石炭ガス化炉内の圧力が変動し易く、前述の作用効果が顕著に奏功されることとなる。

また、前述のように石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉内で微粉炭の燃焼により生ずるガスの量も高精度に調整することができる。ここで、このガスの量は石炭ガス化炉内の圧力に大きく影響することから、このように該ガスの量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉内において意図しない圧力変動を抑えることが可能になり、石炭ガス化炉の運転を安定させることができる。

さらに前述のように、微粉炭の燃焼により生ずるガスの量が、石炭ガス化炉内の圧力に大きく影響することから、石炭ガス化炉の運転条件を変更するため石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を増減させるときにも、石炭ガス化炉内の圧力が変動することとなる。このような場合であっても、前述のように石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を高精度に調整することが可能であり、石炭ガス化炉への微粉炭の供給量を精度よく増減させ、運転条件を円滑に変更することができる。

本発明の一実施形態に係る石炭ガス化システムの概略図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化システムを説明する。
図１に示すように、石炭ガス化システム１は、石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパ２と、該供給ホッパ２の下部に連設され、該供給ホッパ２から微粉炭を排出するロータリフィーダ３と、該ロータリフィーダ３から排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉４と、供給ホッパ２内と石炭ガス化炉４内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて供給ホッパ２内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御部５と、を備えている。

供給ホッパ２の上部には、該供給ホッパ２に微粉炭を供給するロックホッパ６が連設されている。これらの両ホッパ２、６は、開閉弁７が設けられたホッパ連結管８を介して連結されている。供給ホッパ２内の圧力は、石炭ガス化炉４内の圧力よりも小さくなっている。
ロータリフィーダ３は、上方に開口する供給口９および下方に開口する排出口１０が形成されたケーシング１１と、該ケーシング１１内に配設されたロータ１２と、該ロータ１２を回転軸１７回りに回転させるモータ１３と、該モータ１３を制御するモータ制御部１４と、を備えている。

ケーシング１１の供給口９は、供給ホッパ２内に連通し、ケーシング１１の排出口１０は、ロータリフィーダ３の下方に位置する混合器１５内に、ケーシング１１から下方に延設された微粉炭流通管１６を介して連通している。またケーシング１１は、ロータ１２の回転軸１７と同軸の円筒状に形成されている。

ロータ１２は、回転軸１７方向から見た側面視で回転軸１７から放射状に延設された複数の羽板１８を備えている。複数の羽板１８は、回転軸１７回りに同等の間隔をあけて配設されており、回転軸１７回りに隣り合う羽板１８同士の間には仕切り室１９が形成されている。仕切り室１９は、回転軸１７回りに複数設けられ、全ての仕切り室１９の容積は互いに同等となっている。

モータ制御部１４には、供給ホッパ２の重量を測定する重量計２０から測定結果が送出される。そしてモータ制御部１４は、モータ１３によりロータ１２を所定量、回転させたときに、その回転量と、回転前後での供給ホッパ２の重量の測定結果と、に基づいて、単位回転量あたり、ロータリフィーダ３から排出される供給ホッパ２内の微粉炭の重量を算出する。

混合器１５は、ロータリフィーダ３から供給された微粉炭を、例えば窒素ガスなどからなる搬送ガスにより石炭ガス化炉４に送出する。該混合器１５には、搬送ガスを混合器１５内に供給する搬送ガス供給部２１と、石炭ガス化炉４内に連通し、微粉炭と搬送ガスとの混合体が混合器１５から送出される送出管２２と、が各別に接続されている。

搬送ガス供給部２１は、混合器１５内に連通する搬送ガス配管２３と、該搬送ガス配管２３に設けられた搬送ガス流量調整弁２４と、該搬送ガス流量調整弁２４を制御する弁制御部２５と、を備えている。搬送ガス配管２３は、搬送ガスを供給する図示しないガス供給源に接続されている。

石炭ガス化炉４は、下段が部分酸化部２６で上段が熱分解部２７である二段構造とされている。
部分酸化部２６には、送出管２２に接続されたバーナ２８が設けられており、該バーナ２８を通して部分酸化部２６内に前記混合体が供給される。バーナ２８には、図示しない酸素含有ガス供給手段が接続されており、バーナ２８は、前記混合体とともに酸素含有ガスを部分酸化部２６内に供給する。これにより、部分酸化部２６は、内部に投入される微粉炭を、酸素含有ガスを酸化剤としてガス化して、石炭ガス化ガスを生成する。

熱分解部２７は、部分酸化部２６で生成された石炭ガス化ガスに図示しないノズルから石炭を供給し、この石炭を、石炭ガス化ガスの熱を利用して熱分解する。熱分解部２７の頂部には、石炭ガス化ガスを下流に導出する導出管２９が設けられ、該導出管２９を流通した石炭ガス化ガスから、最終的にメタン、メタノールおよびアンモニア等、製品である合成天然ガス（ＳＮＧ）が製造される。

差圧制御部５は、供給ホッパ２内と石炭ガス化炉４内との差圧を測定する測定部３０と、供給ホッパ２内に例えば窒素ガスなどからなる加圧ガスを供給する加圧ガス供給部３１と、を備えている。
加圧ガス供給部３１は、供給ホッパ２内に連通する加圧ガス配管３２と、該加圧ガス配管３２に設けられた加圧ガス流量調整弁３３と、を備えている。なお図示の例では、加圧ガス配管３２は、搬送ガス配管２３と同一の前記ガス供給源に接続されている。

測定部３０には、差圧の目標値が予め記憶されており、差圧を測定した後、差圧の測定値と目標値との差分を算出する。そして、この差分に基づいて、前記加圧ガス流量調整弁３３を制御することにより、供給ホッパ２内の圧力を変化させて差圧を目標値に制御する。なお図示の例では、測定部３０は、石炭ガス化炉４内の圧力として、部分酸化部２６内の圧力を測定する。

なお、差圧制御部５を作動させることにより、供給ホッパ２内と石炭ガス化炉４内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて供給ホッパ２内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御工程を行うことができる。この差圧制御工程は、石炭ガス化システム１の運転中に、一定時間おきに間欠的に実施してもよく、一定時間、継続して連続的に実施してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る石炭ガス化システム１および石炭ガス化方法によれば、前記差圧制御部５を備えているので、石炭ガス化炉４内の圧力が変動したとしても、供給ホッパ２内と石炭ガス化炉４内との差圧を目標値に制御し、圧力変動の前後での差圧の変化を抑えることが可能になり、ロータリフィーダ３の仕切り室１９内に充填される微粉炭の充填量が変化するのを抑制することができる。これにより、ロータ１２の回転量を制御することにより、石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を高精度に調整することができる。

なお石炭ガス化炉４は、一般的な高炉などに比べて容積が小さいものが主流で、例えばその容積は数ｍ^３程度であることから、石炭ガス化炉４内の圧力が変動し易く、前述の作用効果が顕著に奏功されることとなる。

また、前述のように石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉４内で微粉炭の燃焼により生ずるガスの量も高精度に調整することができる。ここで、このガスの量は石炭ガス化炉４内の圧力に大きく影響することから、このように該ガスの量を高精度に調整することにより、石炭ガス化炉４内において意図しない圧力変動を抑えることが可能になり、石炭ガス化炉４の運転を安定させることができる。

さらに前述のように、微粉炭の燃焼により生ずるガスの量が、石炭ガス化炉４内の圧力に大きく影響することから、石炭ガス化炉４の運転条件を変更するため石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を増減させるときにも、石炭ガス化炉４内の圧力が変動することとなる。このような場合であっても、前述のように石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を高精度に調整することが可能であり、石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を精度よく増減させ、運転条件を円滑に変更することができる。

また、前記差圧制御部５を備えることにより、石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を高精度に調整することができるので、石炭ガス化炉４への微粉炭の供給量を高精度に調整するために、送出管２２に流路調整弁を設けるといった必要がない。なおこのように送出管２２に流路調整弁を設けた場合、送出管２２が微粉炭により閉塞されてしまうおそれがある。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、石炭ガス化炉４は、下段が部分酸化部２６で上段が熱分解部２７である二段構造とされているものとしたが、一段構造であってもよい。

また前記実施形態では、モータ制御部１４は、モータ１３によりロータ１２を所定量、回転させたときに、その回転量と、回転前後での供給ホッパ２の重量と、に基づいて、単位回転量あたり、ロータリフィーダ３から排出される供給ホッパ２内の微粉炭の重量を算出するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、単位回転量あたり、ロータリフィーダ３から排出される供給ホッパ２内の微粉炭の重量が、モータ制御部１４に予め記憶されていてもよい。

また前記実施形態では、加圧ガスおよび搬送ガスとして窒素ガスを例示したが、これに限られるものではなく、例えば不燃性のガスを採用してもよく、不活性ガスを採用してもよい。
さらに前記実施形態では、加圧ガス配管３２は、搬送ガス配管２３と同一の前記ガス供給源に接続されているものとしたが、これに限られない。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 石炭ガス化システム
２ 供給ホッパ
３ ロータリフィーダ
４ 石炭ガス化炉
５ 差圧制御部

Claims (2)

1. 石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパと、
   該供給ホッパの下部に連設され、該供給ホッパから微粉炭を排出するロータリフィーダと、
   該ロータリフィーダから排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉と、を備える石炭ガス化システムであって、
   前記供給ホッパ内と前記石炭ガス化炉内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて前記供給ホッパ内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御部を備えていることを特徴とする石炭ガス化システム。
2. 石炭が粉砕されてなる微粉炭が収容された供給ホッパと、
   該供給ホッパの下部に連設され、該供給ホッパから微粉炭を排出するロータリフィーダと、
   該ロータリフィーダから排出された微粉炭が供給され、該微粉炭が内部で燃焼することで、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉と、を備える石炭ガス化システムを用いた石炭ガス化方法であって、
   前記供給ホッパ内と前記石炭ガス化炉内との差圧を測定するとともに、差圧の測定値と差圧の目標値との差分に基づいて前記供給ホッパ内の圧力を変化させ、差圧を目標値に制御する差圧制御工程を有していることを特徴とする石炭ガス化方法。

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