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内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置及びガス化法 新技術説明会

国内特許コード P140010563
整理番号 S2014-0052-N0
掲載日 2014年5月22日
出願番号 特願2013-222867
公開番号 特開2015-086232
出願日 平成25年10月28日(2013.10.28)
公開日 平成27年5月7日(2015.5.7)
発明者
  • 兒玉 竜也
  • 郷右近 展之
  • 松原 幸治
  • 櫻井 篤
出願人
  • 国立大学法人 新潟大学
発明の名称 内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置及びガス化法 新技術説明会
発明の概要 【課題】流動層粒子の反応速度が低下せず、ガス化反応を円滑に進行させることができる、内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置及びガス化法を提供する。
【解決手段】石炭コークス粒子と流動媒体粒子の混合物からなる流動層2を収容した反応器1と、反応器1に収容された流動層2の上面に太陽光Sを集光して照射する地上反射鏡11,タワー反射鏡12とを備え、反応器1は、上下方向に開口し流動層2に埋没して流動層2の中央部に配置された筒状のドラフト管3と、下方から反応器1内に水蒸気を導入する分散板4,5とを備え、分散板4,5から導入される水蒸気の流れによって流動層2がドラフト管3の内外において循環流動するように構成した。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



太陽光を集光して得られる800℃以上の高温の太陽熱を利用して石炭や石油由来の炭素資源をガス化し、水素と一酸化炭素の混合ガスである合成ガスを製造するソーラーガス化反応器の開発が各国の研究機関で行なわれている。今までに開発されたソーラーガス化反応器には、L字型固定層反応器、移動層反応器、石英管型流動層反応器や粒子雲型反応器がある(非特許文献1~3)。固定層及び移動層反応器は、気固接触性と伝熱特性に限界があり、反応速度の向上が困難である。石英管型流動層反応器は機械的強度の点から大型化実用化が困難である。粒子雲型反応器は、500kWth級ソーラー反応器が開発されており(欧州Synpetプロジェクト)、灰・タール分のない石油由来のペットコークスを反応(ガス化)粒子として使用し、反応器前面に設置した石英窓を通じて太陽集光を照射することでガス化を行う。いずれの反応器においても、反応器内には反応に関与する炭素資源粒子のみが充填されガス化される。





本発明者らは、石炭コークス粒子を反応粒子とする内循環流動層式ソーラーガス化反応器を初めて考案し、石炭コークス粒子が内循環流動する反応器内で太陽集光の直接照射によりガス化するソーラーガス化反応器の開発を行った。そのソーラーガス化反応器は、反応器天井に石英窓があり、太陽集光システムの一つであるビームダウン型の集光システムによって下方へ向かって集光される太陽光を石英窓から導入し、反応器内の石炭コークス粒子の内循環流動層に照射して粒子を加熱する。石炭コークスによるガス化反応は、水蒸気流通下で高温(800℃以上)において石炭コークスの炭素分と水蒸気が反応して、水素と一酸化炭素からなる合成ガスが生成する反応である。





そして、本発明者らが開発したソーラーガス化反応器を使用した従来の方法は、石炭コークス粒子のみが反応器内に充填され、反応器下部からの水蒸気流通によって内循環流動層が形成され、太陽集光の照射によってガス化反応が進行することを特徴とする。ここで、ソーラー反応器内にはドラフトチューブ(内管)が設置されており、内管には大きな流量の水蒸気ガスを流し、反応器壁と内管の間(アニュラス部)には比較的小さな流量の水蒸気ガスを流通させる。石炭コークス粒子は内管内を上昇し、流動層の上部で太陽集光によりガス化反応が進行し、水素と一酸化炭素からなる合成ガスが生成する。未反応の石炭コークス粒子はアニュラス部を下降し内循環流動する。

産業上の利用分野



本発明は、太陽光を集光して得られる太陽熱を利用して石炭コークスをガス化する、内部循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置及びガス化法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
石炭コークス粒子と流動媒体粒子の混合物からなる流動層を収容した反応器と、この反応器に収容された前記流動層の上面に太陽光を集光して照射する太陽光集光手段とを備え、前記反応器は、上下方向に開口し前記流動層に埋没して前記流動層の中央部に配置された筒状のドラフト管と、下方から前記反応器内に水蒸気を導入する水蒸気導入手段とを備え、前記水蒸気導入手段から導入される水蒸気の流れによって前記流動層が前記ドラフト管の内外において循環流動するように構成されたことを特徴とする内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置。

【請求項2】
前記流動媒体粒子は、石英砂であることを特徴とする請求項1記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置。

【請求項3】
前記流動層における石炭コークス粒子と石英砂の体積比は、2:8~8:2であることを特徴とする請求項2記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置。

【請求項4】
前記石炭コークス粒子の粒子径は、300μm以下であることを特徴とする請求項3記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化装置。

【請求項5】
請求項1記載のガス化装置を用いて、前記流動層を循環流動させながら、太陽光により前記流動層を加熱し、石炭コークス粒子に水蒸気を反応させることを特徴とする内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化法。

【請求項6】
前記流動媒体は、石英砂であることを特徴とする請求項5記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化法。

【請求項7】
前記流動層における石炭コークス粒子と石英砂の体積比は、2:8~8:2であることを特徴とする請求項6記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化法。

【請求項8】
前記石炭コークス粒子の粒子径は、300μm以下であることを特徴とする請求項7記載の内循環流動層を用いた石炭コークスのガス化法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2013222867thum.jpg
出願権利状態 公開
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