JP2005171148A

JP2005171148A - 石炭ガス化炉及びその運転方法

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Publication number: JP2005171148A
Application number: JP2003415146A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yokohama; 克彦横濱; Hiromi Ishii; 弘実石井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】石炭ガス化炉の生成ガスを燃料として再利用することができ、最適な運転が可能な石炭ガス化炉及びその運転方法を提供する。
【解決手段】石炭ガス化炉１００は、石炭１１を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉において、精製後の石炭ガス化ガス１５の組成を分析するガス分析装置１０１と、該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉１１に投入する水蒸気１０２の供給量を調整する水蒸気投入量調整部１０３と、前記石炭ガス化ガスから液体燃料１０４を製造する液体燃料製造装置１０５と、製造された液体燃料１０４を貯蔵する液体燃料貯蔵装置１０６とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭を部分酸化させて石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉及びその運転方法に関する。

図４に石炭ガス化炉を有する発電プラントの概略の一例を示す。図４に示すように、石炭ガス化プラント１０は、石炭１１を部分酸化させて石炭ガス化ガス１２を生成する石炭ガス化炉本体１３と、該石炭ガス化ガス１２を精製するガス精製装置１４と、精製された精製ガス１５を燃料として燃焼ガスを発生する燃焼器１６を備えたタービン１７と、タービンと同軸上に設けられ発電をする発電機１８とを備えてなる。なお、図中符号１９は煙突、２０は液体燃料貯蔵装置、２１は酸素、空気等のガス化剤を図示する（特許文献１）。
なお、特許文献１においては、夜間に精製ガスから水素を製造し、昼間において、その水素を用いて発電用の燃料として供給するようにして、効率的な発電を行っている。

特開平１０−７７４８５号公報

ところで、電力は必要とされる電気量に応じて発電設備の運転負荷調整や起動停止を行っている。石炭ガス化炉本体１３では、石炭のみでは起動が困難であるので、起動用の燃焼バーナに用いる起動用の燃料２２として、例えば天然ガス、プロパンガス、重油、軽油、灯油等のより燃焼性が高い燃料を使用している。この場合、起動を行う毎にこれらの燃料が別途必要となり、起動用燃料のコストが増加する、という問題がある。

また、石炭ガス化炉で使用する燃料の性状変化、燃料配管の閉塞によるガス化炉運転状態の悪化を改善するために、助燃用バーナを用いる必要がある。この助燃用バーナに用いる助燃用燃料２３として、起動用燃料２２と同等またはそれ以上の高燃焼性燃料を用いる必要がある。

また、電力需要の増減に伴うガス化炉負荷変化が大きい場合や、起動停止を繰り返す場合には、その温度変化により部材の熱疲労が発生し、寿命が短くなると共に、その保守コストが増大する、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、石炭ガス化炉の生成ガスを燃料として再利用することができ、最適な運転が可能な石炭ガス化炉及びその運転方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、石炭を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉において、精製後の石炭ガス化ガスの組成を分析するガス分析装置と、該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉に投入する水蒸気量を調整する水蒸気投入量調整部と、前記石炭ガス化ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、製造された液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵装置と、を備えてなることを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記液体燃料を石炭ガス化炉の起動用燃料として供給する起動燃料供給部を石炭ガス化炉に備えたことを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記液体燃料を石炭ガス化炉の助燃用燃料として供給する助燃燃料供給部を石炭ガス化炉に備えたことを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記液体燃料製造装置の前段側の石炭ガス化ガス中のＨ₂／ＣＯモル比が所定の値となるように、ガス化炉に水蒸気を投入してなることを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記石炭ガス化炉出口のＨ₂／ＣＯモル比が、液体燃料製造装置が要求するＨ₂／ＣＯモル比に満たない場合は、ＣＯシフトコンバータを用いてＨ₂／ＣＯモル比を調整してなることを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第６の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記石炭ガス化炉に投入する水蒸気量は、ＣＯシフトコンバータを用いて所定のＨ₂／ＣＯモル比に調整するために必要な量と等しいことを特徴とする石炭ガス化炉にある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの石炭ガス化炉と、石炭ガス化ガスを精製するガス精製装置と、精製されたガスを燃料として燃焼ガスを発生する燃焼器を備えたタービンとを備えたことを特徴とする石炭ガス発電プラントにある。

第８の発明は、石炭を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉の運転方法において、精製後の石炭ガス化ガスの組成を分析し、該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉に投入する水蒸気量を調整することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法にある。

第９の発明は、第８の発明において、前記液体燃料製造装置の前段側の石炭ガス化ガス中のＨ₂／ＣＯモル比が所定の値となるように、ガス化炉に水蒸気を投入することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法にある。

第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記石炭ガス化炉出口のＨ₂／ＣＯモル比が、液体燃料製造装置が要求するＨ₂／ＣＯモル比に満たない場合は、ＣＯシフトコンバータを用いてＨ₂／ＣＯモル比を調整することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法にある。

第１１の発明は、第８乃至１０のいずれか一つの発明において、前記石炭ガス化炉に投入する水蒸気量は、ＣＯシフトコンバータを用いて所定のＨ₂／ＣＯモル比に調整するために必要な量と等しいことを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法にある。

本発明によれば、精製後の石炭ガス化ガスの組成を分析して、その結果をもとに石炭ガス化炉に投入する水蒸気量を調整するので、液体燃料の製造に適したガス組成とすることができ、液体燃料を効率よく製造することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る石炭ガス化炉について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る石炭ガス化炉を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係る石炭ガス化炉１００は、石炭１１を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉において、精製後の石炭ガス化ガス１５の組成を分析するガス分析装置１０１と、該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉１１に投入する水蒸気１０２の供給量を調整する水蒸気投入量調整部１０３と、前記石炭ガス化ガスから液体燃料１０４を製造する液体燃料製造装置１０５と、製造された液体燃料１０４を貯蔵する液体燃料貯蔵装置１０６とを備えてなるものである。
なお、液体燃料製造装置１０５は例えば触媒を用いてなる例えばメタノール合成装置等を例示することができる。

ここで、前記石炭ガス化炉本体１３内に供給する水蒸気１０２の量が石炭１１に対して０．５〜０．６重量流量倍、好ましくは０．５５重量流量倍とすることが好ましい。これは、図２に示すように、水蒸気と石炭流量比（ｗｔ−）とすることで、Ｈ₂／ＣＯ比（ｍｏｌ比）が２．０近傍となり、液体燃料であるメタノール製造に好適なＨ₂／ＣＯ比となるからである。

しかしながら、石炭ガス化炉本体１３では、下記（１）式のＣＯシフト反応が良好に進行しない場合がある。

ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋ＣＯ₂・・・（１）

このような場合には、図３に示すように、燃料製造装置に供給する前のＨ₂／ＣＯ比（ｍｏｌ比）が２近傍となるように、ＣＯシフトコンバータを用いて調整するようにすればよい。

具体的には、ガス化炉出口でのＨ₂／ＣＯ比０．８に対し、例えば精製ガス１５に対してＣＯシフトコンバータ等を用いてＨ₂を発生させ、液体燃料である例えばメタノール（ＣＨ₃ＯＨ）の製造のための、好適な２Ｈ₂、ＣＯ組成とするようにすればよい。
なお、発生したＣＯ₂は別途脱炭酸装置を設け、これにより除去するようにすればよい。

ここで、本発明に係る液体燃料１０４はメタノールに限定されるものではなく、例えばエタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等の液体燃料を挙げることができる。

このＣＯシフトコンバータは例えば燃料製造装置１０５内に一体に設けてもよいが、該燃料製造装置１０５の前流側に設けるようにしてもよい。

この燃料製造装置１０５で製造された液体燃料１０４は液体燃料貯蔵装置１０６内で貯蔵するようにしている。

そして、石炭ガス化炉の起動時や助燃時において、起動用燃料２２や助燃用燃料２３として適宜使用するようにしている。

前記石炭ガス化炉を用いた石炭発電プラントにおいて、発電時には燃焼器１６へ精製ガス１５を供給して発電するようにしているが、夜間や電力消費の少ない場合には、流量調整弁１０７を介してその精製ガスの全量又は一部を抽気し、液体燃料製造装置１０５で液体燃料を生成するようにしている。この際、石炭ガス化炉本体１３内に供給する水蒸気１０２の量が石炭１１に対して０．５〜０．６重量流量倍とすることで、Ｈ₂／ＣＯ比（ｍｏｌ比）が２．０近傍となり、液体燃料の製造に好適なＨ₂／ＣＯ比となるように、石炭ガス化炉本体に投入する水蒸気量を調整して、燃料生成効率を向上させるようにしている。

また、本発明に係る発電プラントはガスタービンに限定されるものではなく、ガスタービンと水蒸気タービンとを併用した複合プラント、タービンに供給するガスを用いて燃料電池で発電効率を向上させた燃料電池・タービン発電プラント等を挙げることができる。

この結果、別途起動用燃料や助燃用燃料を購入する必要がなくなり、石炭以外の燃料コストの削減を図ることができる。

また、電力需要の増減に伴うガス化炉負荷変化を少なくすることができるので、部材の熱疲労が軽減され、保守コストが低減される。

また、石炭ガス化炉本体１３への水蒸気の添加により、液体燃料製造時における石炭ガス化ガス１５の性状を液体燃料の製造に適したガス組成に調整するようにすることで、発電と液体燃料製造の程度において最適な運転範囲を選定することができる。

以上のように、本発明は、石炭ガス化炉の生成ガスを燃料として再利用することができ、最適な運転が可能な石炭ガス化炉を提供でき、該石炭ガス化炉を用いて発電プラントを提供し、効率が発電をすることに適している。

実施例にかかるガス化炉の概略図である。水蒸気／石炭流量比とＨ₂／ＣＯモル比との関係図である。ＣＯシフト変換前のＨ₂／ＣＯモル比とＣＯシフト変換後のＨ₂／ＣＯモル比の関係図である。従来の石炭ガス化炉発電プラントの概略図である。

符号の説明

１００石炭ガス化炉
１１石炭
１０１ガス分析装置
１０２水蒸気
１０３水蒸気投入量調整部
１０４液体燃料
１０５液体燃料製造装置
１０６液体燃料貯蔵装置

Claims

石炭を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉において、
精製後の石炭ガス化ガスの組成を分析するガス分析装置と、
該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉に投入する水蒸気量を調整する水蒸気投入量調整部と、
前記石炭ガス化ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、
製造された液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵装置と、
を備えてなることを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１において、
前記液体燃料を石炭ガス化炉の起動用燃料として供給する起動燃料供給部を石炭ガス化炉に備えたことを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１又は２において、
前記液体燃料を石炭ガス化炉の助燃用燃料として供給する助燃燃料供給部を石炭ガス化炉に備えたことを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記液体燃料製造装置の前段側の石炭ガス化ガス中のＨ₂／ＣＯモル比が所定の値となるように、ガス化炉に水蒸気を投入してなることを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記石炭ガス化炉出口のＨ₂／ＣＯモル比が、液体燃料製造装置が要求するＨ₂／ＣＯモル比に満たない場合は、ＣＯシフトコンバータを用いてＨ₂／ＣＯモル比を調整してなることを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記石炭ガス化炉に投入する水蒸気量は、ＣＯシフトコンバータを用いて所定のＨ₂／ＣＯモル比に調整するために必要な量と等しいことを特徴とする石炭ガス化炉。
請求項１乃至６のいずれか一つの石炭ガス化炉と、
石炭ガス化ガスを精製するガス精製装置と、
精製されたガスを燃料として燃焼ガスを発生する燃焼器を備えたタービンとを備えたことを特徴とする石炭ガス発電プラント。
石炭を部分酸化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉の運転方法において、精製後の石炭ガス化ガスの組成を分析し、
該ガス組成の結果をもとに石炭ガス化炉に投入する水蒸気量を調整することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法。
請求項８において、
前記液体燃料製造装置の前段側の石炭ガス化ガス中のＨ₂／ＣＯモル比が所定の値となるように、ガス化炉に水蒸気を投入することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法。
請求項８又は９において、
前記石炭ガス化炉出口のＨ₂／ＣＯモル比が、液体燃料製造装置が要求するＨ₂／ＣＯモル比に満たない場合は、ＣＯシフトコンバータを用いてＨ₂／ＣＯモル比を調整することを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法。
請求項８乃至１０のいずれか一つにおいて、
前記石炭ガス化炉に投入する水蒸気量は、ＣＯシフトコンバータを用いて所定のＨ₂／ＣＯモル比に調整するために必要な量と等しいことを特徴とする石炭ガス化炉の運転方法。