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JP6033064B2 - CO shift reactor and coal gasification system equipped with the CO shift reactor - Google Patents
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CO shift reactor and coal gasification system equipped with the CO shift reactor Download PDF

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Description

本発明は、COシフト反応装置及び該COシフト反応装置を備えた石炭ガス化システムに係り、特に、石炭ガス化ガス中のCOをCOに変換(シフト)させてCOを分離回収するのに好適な技術に関する。 The present invention relates to a coal gasification system with a CO shift reactor and the CO shift reactor, in particular, the CO coal gasification gas by conversion into CO 2 (shift) to separate and recover the CO 2 It relates to a technique suitable for the above.

石炭焚火力発電プラントの効率の向上を図る技術として、石炭ガス化複合発電(Integrated Coal Gasification Cycle)システムが研究開発されている。すなわち、微粉炭と酸素をガス化炉で反応させてCOとHを主成分とする石炭ガス化ガス(以下、適宜、石炭ガスと略称する。)を発生させ、これを精製した後、ガスタービン発電機で燃焼して発電するとともに、ガスタービンの燃焼排ガスで蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動して発電を行うシステムである。 As a technology to improve the efficiency of coal-fired thermal power plants, an integrated coal gasification cycle system has been researched and developed. That is, pulverized coal and oxygen are reacted in a gasification furnace to generate a coal gasification gas (hereinafter, abbreviated as “coal gas” as appropriate) containing CO and H 2 as main components. It is a system that generates electricity by driving a steam turbine by generating steam from combustion exhaust gas of a gas turbine while generating power by burning with a turbine generator.

石炭ガス化過程では、高濃度のCO(一酸化炭素)が発生するため、COシフト反応装置を設け、式(1)で示すシフト反応により、COシフト触媒の存在下でCOを水蒸気と反応させてH(水素)とCO(二酸化炭素)に変換している。
CO+HO⇔CO+H+8.3kal/gmol (1)
シフト反応により生成されるHはガスタービンへ燃料として供給し、COはCO分離回収装置で効率的に回収して、石炭ガス化複合発電プラントの発電効率の向上を図るとともに、プラントからのCO放出量を低減している。CO分離回収装置は、例えばCOを吸収液に吸収させて回収するように構成することができるが、石炭ガスを圧縮してCOを凝縮させて分離回収するなど、他の公知の方式を適用できる。
In the coal gasification process, high concentration of CO (carbon monoxide) is generated. Therefore, a CO shift reaction device is provided, and CO is reacted with water vapor in the presence of the CO shift catalyst by the shift reaction shown by the formula (1). To H 2 (hydrogen) and CO 2 (carbon dioxide).
CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 +8.3 kal / gmol (1)
H 2 produced by the shift reaction is supplied to the gas turbine as fuel, and CO 2 is efficiently recovered by the CO 2 separation and recovery device to improve the power generation efficiency of the coal gasification combined power plant. The amount of CO 2 released is reduced. The CO 2 separation and recovery device can be configured to absorb and collect CO 2 in an absorbing solution, for example, but other known methods such as compressing coal gas and condensing and recovering CO 2 Can be applied.

ところで、式(1)のシフト反応は発熱反応であるから、シフト反応によりCOシフト触媒が加熱され、触媒の耐熱性から定まる耐熱限界温度を越えるおそれがある。そこで、特許文献1には、COシフト触媒が耐熱限界温度を越えないようにCOシフト反応装置を制御可能なシステム構成が提案されている。すなわち、特許文献1によれば、精製した石炭ガスに高圧蒸気ミキサーで高圧蒸気を混合し、高圧蒸気が混合された石炭ガスを直列に接続された複数のシフト反応器に流通してCOシフト反応を行わせている。特に、最上流側のシフト反応器に流入させる石炭ガスを予熱するとともに、各シフト反応器の出側に冷却器を設けて、シフト反応で加熱された石炭ガスを冷却するようにしている。また、最上流側に活性提示温度の高いシフト触媒を充填した高温シフト反応器を配置し、最下流側に活性提示温度の低いシフト触媒を充填した低温シフト反応器を配置し、中間には例えば活性提示温度の高いシフト触媒を充填した高温シフト反応器を配置している。   By the way, since the shift reaction of the formula (1) is an exothermic reaction, the CO shift catalyst is heated by the shift reaction, and there is a possibility that the heat resistant limit temperature determined from the heat resistance of the catalyst may be exceeded. Therefore, Patent Document 1 proposes a system configuration capable of controlling the CO shift reaction apparatus so that the CO shift catalyst does not exceed the heat resistant limit temperature. That is, according to Patent Document 1, high-pressure steam is mixed with purified coal gas by a high-pressure steam mixer, and the coal gas mixed with high-pressure steam is distributed to a plurality of shift reactors connected in series to perform a CO shift reaction. To do. In particular, the coal gas flowing into the shift reactor on the most upstream side is preheated, and a cooler is provided on the outlet side of each shift reactor to cool the coal gas heated in the shift reaction. In addition, a high temperature shift reactor filled with a shift catalyst having a high activity presentation temperature is arranged on the most upstream side, a low temperature shift reactor filled with a shift catalyst having a low activity presentation temperature is arranged on the most downstream side, A high temperature shift reactor filled with a shift catalyst having a high activity presentation temperature is arranged.

また、特許文献1では、最上流の高温シフト反応器に流入される石炭ガスのCO濃度変動によりCOシフト触媒が耐熱限界温度を越えないようにするため、石炭ガスの一部を蒸気ミキサー、予熱器及び最上流の高温シフト反応器をバイパスして次段の例えば高温シフト反応器に導入するバイパスラインを設けている。これにより、最上流の高温シフト反応器に流入させる主ガス量と、バイパスさせるガス量を調整して、最上流の高温シフト反応器の出口部のガス温度がCOシフト触媒の耐熱限界温度よりも低く、かつ活性提示温度よりも高く保持するようにしている。さらに、必要に応じて、最下流の低温シフト反応器から流出されるCO濃度の低い石炭ガスを昇圧して、最上流の高温シフト反応器の蒸気ミキサーの上流側に戻すリサイクルガスラインを設け、上述した最上流の高温シフト反応器への流入ガス量と、バイパスガス量の調整に加えて、リサイクルガス量を調整してCOシフト触媒の温度を制御可能に構成している。   Further, in Patent Document 1, in order to prevent the CO shift catalyst from exceeding the heat resistant limit temperature due to the CO concentration fluctuation of the coal gas flowing into the most upstream high temperature shift reactor, a part of the coal gas is steam mixer, preheated. And a bypass line for bypassing the uppermost upstream high temperature shift reactor and introducing it to the next stage, for example, a high temperature shift reactor. As a result, the amount of main gas flowing into the most upstream high temperature shift reactor and the amount of gas to be bypassed are adjusted so that the gas temperature at the outlet of the most upstream high temperature shift reactor is lower than the heat resistant limit temperature of the CO shift catalyst. The temperature is kept low and higher than the activity presentation temperature. Furthermore, if necessary, a recycle gas line is provided for boosting the coal gas having a low CO concentration flowing out from the most downstream low temperature shift reactor and returning it to the upstream side of the steam mixer of the most upstream high temperature shift reactor, In addition to the adjustment of the amount of gas flowing into the uppermost upstream high temperature shift reactor and the amount of bypass gas, the temperature of the CO shift catalyst can be controlled by adjusting the amount of recycle gas.

特開2012−21144号公報JP 2012-21144 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術は、最上流の高温シフト反応器への流入させるガス量の調整に伴って、その高温シフト反応器のCOシフト触媒層内のガス流れ方向の温度分布が変化することについて配慮していない。すなわち、石炭ガスのCO濃度が高くなると(例えば、50vol%)、COシフト反応により触媒温度が耐熱限界温度(例えば、480℃)を越えるおそれがある。そこで、石炭ガスを最上流の高温シフト反応器をバイパスさせて、後流側のシフト反応器へ流し、最上流の高温シフト反応器に導入する主ガス量を減少させることにより、COシフト反応の発熱量を減少させて出口部のガス温度を低下させるようにしている。   However, in the technique described in Patent Document 1, the temperature distribution in the gas flow direction in the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor changes as the amount of gas flowing into the uppermost high temperature shift reactor is adjusted. I don't care about what to do. That is, when the CO concentration of coal gas increases (for example, 50 vol%), the catalyst temperature may exceed the heat-resistant limit temperature (for example, 480 ° C.) due to the CO shift reaction. Therefore, by bypassing the uppermost high-temperature shift reactor and flowing coal gas to the downstream-side shift reactor, the amount of main gas introduced into the uppermost high-temperature shift reactor is reduced, thereby reducing the CO shift reaction. The calorific value is reduced to lower the gas temperature at the outlet.

しかし、最上流の高温シフト反応器に流通する主ガス量を減らすと、空搭速度(Space Velocity)が低下するので、COシフト触媒層の単位長さ当たりのシフト反応が促進される。そのため、最高温度点が上流側に移動するとともに、耐熱限界温度を越える可能性が高くなるおそれがある。また、COシフト触媒層の出口部に設置した熱電対の計測温度に基づいて、最上流の高温シフト反応器に流通させる主ガス量を減らすと、最下流部の温度が急激に低下する。そして、これに応答して最上流の高温シフト反応器に流通させる主ガス量が増加される結果、今度は空搭速度が増大して最高温度点が下流側に移動する。しかし、熱移動には遅れが伴うから、COシフト触媒層の最高触媒温度がバイパス制御前よりも高くなり、主ガス量とバイパスガス量の制御がハンチングを起こすおそれがある。このようなハンチング現象は、バイパス制御運転の開始時あるいは負荷増加時に頻繁に発生することになる。   However, when the amount of main gas flowing through the uppermost high-temperature shift reactor is reduced, the space velocity is reduced, so that the shift reaction per unit length of the CO shift catalyst layer is promoted. Therefore, there is a possibility that the highest temperature point moves upstream and the possibility of exceeding the heat resistant limit temperature is increased. Moreover, if the amount of main gas circulated to the most upstream high temperature shift reactor is reduced based on the measured temperature of the thermocouple installed at the outlet of the CO shift catalyst layer, the temperature in the most downstream portion is drastically lowered. Then, in response to this, the amount of main gas flowing through the most upstream high-temperature shift reactor is increased, and as a result, the flying speed increases and the highest temperature point moves downstream. However, since there is a delay in heat transfer, the maximum catalyst temperature of the CO shift catalyst layer becomes higher than before the bypass control, and the control of the main gas amount and the bypass gas amount may cause hunting. Such a hunting phenomenon frequently occurs when the bypass control operation starts or when the load increases.

本発明が解決しようとする課題は、石炭ガス中のCO濃度変動及び流量変動に対応させて、最上流の高温シフト反応器内のCOシフト反応触媒の温度を耐熱限界温度以下に安定に保持することにある。   The problem to be solved by the present invention is to stably maintain the temperature of the CO shift reaction catalyst in the uppermost high temperature shift reactor below the heat-resistant limit temperature in response to CO concentration fluctuation and flow rate fluctuation in coal gas. There is.

上記の課題を解決するため、本発明の第1の態様は、石炭をガス化して供給される石炭ガスに高圧蒸気を混合する高圧蒸気ミキサーと、前記高圧蒸気が混合された石炭ガスが流入される活性提示温度の高いCOシフト触媒が充填された最上流の高温シフト反応器を含む直列に接続された複数のシフト反応器と、前記高圧蒸気ミキサーを介して前記高温シフト反応器に流入する石炭ガスのガス量を調節する主ガス量調節弁と、該主ガス量調節弁の上流側から分岐して前記高温シフト反応器をバイパスして石炭ガスを下流側のシフト反応器に導入するバイパスラインと、該バイパスラインに設けられバイパスガス量を調節するバイパスガス量調節弁とを備えてなるCOシフト反応装置において、最上流の前記高温シフト反応器のCOシフト触媒層内にガス流れ方向に沿って配置された複数の温度センサと、該複数の温度センサの計測温度を入力して当該COシフト触媒層内の温度に基づいて前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁とを制御して触媒温度を設定温度に制御する制御装置とを備え、該制御装置は、前記複数の温度センサの計測温度を比較して最高触媒温度を前記設定温度に保持するように、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention includes a high-pressure steam mixer that mixes high-pressure steam with coal gas supplied by gasifying coal, and coal gas in which the high-pressure steam is mixed. A plurality of shift reactors connected in series including the uppermost high temperature shift reactor filled with a CO shift catalyst having a high activity presentation temperature, and coal flowing into the high temperature shift reactor via the high pressure steam mixer A main gas amount adjusting valve for adjusting the gas amount of the gas, and a bypass line for branching from the upstream side of the main gas amount adjusting valve to bypass the high temperature shift reactor and introduce coal gas into the downstream shift reactor And a bypass gas amount control valve for adjusting the amount of bypass gas provided in the bypass line, in the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor in the uppermost stream A plurality of temperature sensors arranged along the gas flow direction, and the main gas amount control valve and the bypass gas amount based on the temperature in the CO shift catalyst layer by inputting measured temperatures of the plurality of temperature sensors And a control device that controls the catalyst temperature to a set temperature by controlling the control valve, and the control device compares the measured temperatures of the plurality of temperature sensors so as to maintain the maximum catalyst temperature at the set temperature. The main gas amount adjusting valve and the bypass gas amount adjusting valve are controlled.

また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、最上流の高温シフト反応器のCOシフト触媒層内に配置される複数の温度センサは、COシフト触媒層の入口部、中央部、出口部の温度が計測できるように、少なくとも3個以上であることが好ましい。この場合、制御装置は、最高温度を示した温度センサを選択して、COシフト触媒層の温度制御に用いる。   Further, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the plurality of temperature sensors arranged in the CO shift catalyst layer of the most upstream high temperature shift reactor are an inlet portion and a central portion of the CO shift catalyst layer. It is preferable that the number is at least 3 so that the temperature of the outlet can be measured. In this case, the control device selects the temperature sensor showing the maximum temperature and uses it for temperature control of the CO shift catalyst layer.

また、本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様において、前記制御装置は、最上流の高温シフト反応器の最高触媒温度が前記設定温度を越えて上昇したとき、前記設定範囲と耐熱限界温度(警報設定値)の中間に設定した閾値を越えた時点で、前記バイパスガス量調節弁の開度を全開の5〜10%の範囲で瞬時的(一時的)に開いた後、前記バイパスガス量調節弁の開度を元に戻す制御をおこなうようにすることができる。   Further, according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, when the maximum catalyst temperature of the most upstream high temperature shift reactor rises above the set temperature, the control device is configured to set the set range. After the threshold value set in the middle of the temperature limit and the heat-resistant limit temperature (alarm set value) is exceeded, the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is instantaneously (temporarily) opened within a range of 5 to 10% of full opening Further, it is possible to perform control for returning the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve to the original position.

この第3の態様の場合において、最上流の高温シフト反応器の最高触媒温度が前記設定範囲を超過して上昇したとき、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁に対して開度指令を出力して、前記主ガス量調節弁は開度100%から予め定めた設定開度に絞り込んで固定し、前記バイパスガス量調節弁は開度を0%から開度指令に従って一定のレートで開度を増加するように制御することができる。   In the case of the third aspect, when the maximum catalyst temperature of the most upstream high temperature shift reactor rises exceeding the set range, the opening degree with respect to the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve The main gas amount control valve is fixed by narrowing it from a 100% opening to a predetermined opening, and the bypass gas amount adjusting valve has a constant rate from 0% according to the opening command. Can be controlled to increase the opening.

また、第3の態様において、前記バイパスガス量調節弁の開度の増加レートは、前記バイパスガス量調節弁の開度100%のときに、前記主ガス量調節弁を流通する石炭ガス量と前記バイパスガス量調節弁を流通するバイパス流量が、前記石炭ガスの全流量に対し50%ずつでほぼ同量となるよう、前記バイパスガス量調節弁の開度を決定することができる。   In the third aspect, the rate of increase of the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is the amount of coal gas flowing through the main gas amount adjusting valve when the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is 100%. The opening degree of the bypass gas amount adjusting valve can be determined so that the bypass flow amount flowing through the bypass gas amount adjusting valve is substantially the same at 50% of the total flow rate of the coal gas.

また、本発明の石炭ガス化システムは、石炭をガス化して供給される石炭ガス中の一酸化炭素(CO)を二酸化炭素(CO)に変換するCOシフト反応装置と、該COシフト反応装置で変換された前記COを分離して回収するCO分離回収装置とを備えて構成され、前記COシフト反応装置として、前記第1乃至第3のいずれかの態様のCOシフト反応装置を単独で、もしくは組み合わせて適用することができる。 Further, the coal gasification system of the present invention includes a CO shift reaction device that converts carbon monoxide (CO) in coal gas supplied by gasifying coal into carbon dioxide (CO 2 ), and the CO shift reaction device. in is configured to converted the CO 2 and a CO 2 separation and recovery device for recovering and separating, as the CO shift reactor, alone CO shift reactor of the first to third any aspect Or in combination.

本発明によれば、石炭ガス中のCO濃度変動及び流量変動に対応させて、最上流の高温シフト反応器内のCOシフト反応触媒の温度を耐熱限界温度以下に安定に保持することができる。   According to the present invention, the temperature of the CO shift reaction catalyst in the uppermost high-temperature shift reactor can be stably kept below the heat-resistant limit temperature in response to CO concentration fluctuations and flow rate fluctuations in coal gas.

本発明の一実施形態の石炭ガス化システムのブロック構成図である。It is a block block diagram of the coal gasification system of one Embodiment of this invention. 本発明のCOシフト反応装置の実施例1の系統構成図である。It is a system | strain block diagram of Example 1 of the CO shift reaction apparatus of this invention. 本発明のCOシフト反応装置の実施例1の特徴構成に係る解決課題を説明する図である。It is a figure explaining the solution subject which concerns on the characteristic structure of Example 1 of the CO shift reaction apparatus of this invention. 本発明の実施例1の主ガス量調節弁とバイパスガス量調節弁の開度の関連制御を説明する図である。It is a figure explaining the relevant control of the opening degree of the main gas amount control valve and bypass gas amount control valve of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のCOシフト触媒層の温度を速やかに下げる先行制御の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the advance control which lowers | hangs the temperature of the CO shift catalyst layer of Example 1 of this invention rapidly. 本発明のCOシフト反応装置の実施例2の系統構成図である。It is a system | strain block diagram of Example 2 of the CO shift reaction apparatus of this invention.

以下、本発明のCOシフト反応装置を備えたCO分離回収装置を含んでなる石炭ガス化システムを実施形態に基づいて説明する。図1に示すように、本発明の一実施形態の石炭ガス化システム100は、石炭加圧供給設備102に石炭101が送られて粉砕され、かつ加圧された微粉炭がガス化炉103に供給される。微粉炭は加圧されたガス化炉103の炉壁に設けられたノズルから、空気分離設備104から供給される酸素とともに炉内に噴出され、微粉炭の一部の燃焼熱によりCO及びHを主成分とする石炭ガスにガス化される。石炭ガスは、ガス熱交換器105により熱回収されて脱塵・脱硫設備106に導かれ、石炭ガス中の飛灰及び硫黄分が除去される。飛灰及び硫黄分が除去された石炭ガスは、ガス精製設備107においてさらに精製されてCOシフト反応装置108に導入される。 Hereinafter, a coal gasification system including a CO 2 separation and recovery apparatus equipped with a CO shift reaction apparatus of the present invention will be described based on embodiments. As shown in FIG. 1, a coal gasification system 100 according to an embodiment of the present invention is configured such that coal 101 is sent to a coal pressurized supply facility 102 and pulverized, and pressurized pulverized coal is supplied to a gasifier 103. Supplied. The pulverized coal is jetted into the furnace together with oxygen supplied from the air separation facility 104 from a nozzle provided on the pressurized gasification furnace 103, and CO and H 2 are generated by a part of the combustion heat of the pulverized coal. It is gasified to coal gas containing as a main component. The coal gas is heat-recovered by the gas heat exchanger 105 and guided to the dedusting / desulfurization facility 106 to remove fly ash and sulfur content in the coal gas. The coal gas from which fly ash and sulfur have been removed is further refined in the gas purification facility 107 and introduced into the CO shift reactor 108.

COシフト反応装置108では、高圧蒸気設備109から高圧蒸気(HO)が供給され、前述の式(1)のCOシフト反応によって石炭ガス中のCOとHOが反応してCOとHに変換(シフト)される。COシフト反応装置108でシフトされた石炭ガスは吸収搭110に導かれ、COが吸収液に吸収されて石炭ガスから分離される。COが分離されると、石炭ガスは殆どHとなってガスタービン111に燃料として供給される。吸収搭110にてCOを吸収した吸収液は、吸収液再生装置112に導かれて吸収液中のCOが分離回収されて吸収液が再生される。再生された吸収液は、吸収液ポンプ113により吸収搭110に循環される。このようにして、本実施形態の石炭ガス化システム100は、石炭を連続してガス化してCOをHとCOにシフトさせ、COを分離回収してガスタービンの効率を向上させるとともにCO放出量を低減している。 In the CO shift reactor 108 is fed high pressure steam (H 2 O) from the high-pressure steam equipment 109, and CO 2 by the reaction CO and of H 2 O in coal gas by CO-shift reaction of formula (1) described above It is converted to H 2 (shift). The coal gas shifted by the CO shift reactor 108 is guided to the absorption tower 110, and CO 2 is absorbed by the absorption liquid and separated from the coal gas. When the CO 2 is separated, the coal gas becomes almost H 2 and is supplied to the gas turbine 111 as fuel. The absorption liquid that has absorbed CO 2 by the absorption tower 110 is guided to the absorption liquid regenerator 112, and CO 2 in the absorption liquid is separated and recovered to regenerate the absorption liquid. The regenerated absorption liquid is circulated to the absorption tower 110 by the absorption liquid pump 113. In this way, the coal gasification system 100 of this embodiment continuously gasifies coal to shift CO to H 2 and CO 2 , and separates and recovers CO 2 to improve the efficiency of the gas turbine. CO 2 emission is reduced.

次に、図2を参照して、COシフト反応装置108のシステム構成の実施例1を詳細に説明する。石炭ガスは、No.1予熱器106aで予熱され、脱硫器106bにおいてCOシフト触媒の被毒成分である石炭ガス中の硫黄分が除去される。また、No.1予熱器106aの上流側の管路に、パージ用窒素ガス供給弁17を介して窒素ガスを供給可能になっている。   Next, with reference to FIG. 2, Example 1 of the system configuration of the CO shift reactor 108 will be described in detail. The coal gas is preheated by the No. 1 preheater 106a, and the sulfur content in the coal gas which is a poisoning component of the CO shift catalyst is removed by the desulfurizer 106b. Further, nitrogen gas can be supplied to the upstream pipe line of the No. 1 preheater 106 a through the purge nitrogen gas supply valve 17.

COシフト反応装置108は、高圧蒸気ミキサー3と、No.2予熱器4と、最上流の高温シフト反応器5と、No.1シフトガス冷却器6と、2段目の高温シフト反応器7と、No.2シフトガス冷却器8と、3段目の低温シフト反応器9と、No.3シフトガス冷却器10とが順次直列に接続されている。No.3シフトガス冷却器10は石炭ガスを過冷却して水蒸気を凝縮させ、ノックアウトドラム11に導いて凝縮水を除去した後、図1に示した吸収搭110にて吸収液にCOを吸収させて分離回収するようになっている。 The CO shift reactor 108 includes a high-pressure steam mixer 3, a No. 2 preheater 4, an uppermost high-temperature shift reactor 5, a No. 1 shift gas cooler 6, a second-stage high-temperature shift reactor 7, The No. 2 shift gas cooler 8, the third stage low temperature shift reactor 9, and the No. 3 shift gas cooler 10 are sequentially connected in series. The No. 3 shift gas cooler 10 supercools the coal gas to condense the water vapor, guides it to the knockout drum 11 and removes the condensed water, and then absorbs CO 2 into the absorption liquid in the absorption tower 110 shown in FIG. Separated and recovered.

高圧蒸気ミキサー3には、脱硫器106bから石炭ガスライン20及び主ガス量調節弁18aを介して石炭ガスが供給されるようになっている。また、主ガス量調節弁18aの上流側から分岐して、高圧蒸気ミキサー3とNo.2予熱器4と最上流の高温シフト反応器5をバイパスして、石炭ガスを高温シフト反応器5の出口側の管路に導入するバイパスライン21が設けられている。バイパスライン21には、バイパスガス量調節弁18bが介装されている。また、高温シフト反応器5の出口とNo.1シフトガス冷却器6を結ぶ管路に、No.1シフトガス冷却器6に流通する石炭ガスのガス量を調節して、No.1シフトガス冷却器6の出口側の石炭ガスの温度を制御する温度調節弁12が介装されている。同様に、高温シフト反応器7とNo.2シフトガス冷却器8とを結ぶ管路に、No.2シフトガス冷却器8の出口側の石炭ガスの温度を制御する温度調節弁13が介装されている。   The high pressure steam mixer 3 is supplied with coal gas from the desulfurizer 106b through the coal gas line 20 and the main gas amount control valve 18a. Moreover, it branches from the upstream side of the main gas amount control valve 18a, bypasses the high pressure steam mixer 3, No. 2 preheater 4, and the uppermost high temperature shift reactor 5, so that the coal gas is supplied to the high temperature shift reactor 5. A bypass line 21 to be introduced into the outlet side pipe line is provided. A bypass gas amount adjusting valve 18b is interposed in the bypass line 21. In addition, the amount of coal gas flowing through the No. 1 shift gas cooler 6 is adjusted to a pipeline connecting the outlet of the high temperature shift reactor 5 and the No. 1 shift gas cooler 6, so that the No. 1 shift gas cooler 6 A temperature control valve 12 for controlling the temperature of the coal gas on the outlet side of the engine is interposed. Similarly, a temperature control valve 13 for controlling the temperature of coal gas on the outlet side of the No. 2 shift gas cooler 8 is interposed in a pipe line connecting the high temperature shift reactor 7 and the No. 2 shift gas cooler 8. Yes.

また、ノックアウトドラム11の下流側から石炭ガスをリサイクルガス圧縮機14により抜き出して、高圧蒸気ミキサー3の流入側にリサイクルするリサイクルガスライン19が設けられている。リサイクルガスライン19にはリサイクルガス量調節弁15が介装されている。これにより、高温シフト反応器5に流入する石炭ガスのCO濃度を希釈することができるようになっている。なお、COシフト反応装置108の全体をバイパスして、脱硫器106bの下流側からノックアウトドラム11の下流側へ石炭ガスを逃すバイパスライン22が設けられている。バイパスライン22にはバイパス弁16が介装されている。   A recycle gas line 19 is provided for extracting coal gas from the downstream side of the knockout drum 11 by the recycle gas compressor 14 and recycling it to the inflow side of the high-pressure steam mixer 3. A recycle gas amount control valve 15 is interposed in the recycle gas line 19. As a result, the CO concentration of the coal gas flowing into the high temperature shift reactor 5 can be diluted. A bypass line 22 that bypasses the entire CO shift reactor 108 and releases coal gas from the downstream side of the desulfurizer 106 b to the downstream side of the knockout drum 11 is provided. A bypass valve 16 is interposed in the bypass line 22.

No.1予熱器106aの上流側の管路に流れる石炭ガスの流量を計測する流量計24aと、高温シフト反応器5に流入する石炭ガスの主ガス量を計測する流量計24bと、高温シフト反応器5のバイパスライン21に流通されるバイパスガス量を計測する流量計24cと、COシフト反応装置108の全体をバイパスするバイパスライン22に流通されるバイパスガス量を計測する流量計24dが設けられている。これらの流量計24a〜dにより計測された流量は、制御装置25に入力されている。   A flow meter 24a for measuring the flow rate of coal gas flowing in the upstream line of the No. 1 preheater 106a, a flow meter 24b for measuring the main gas amount of coal gas flowing into the high temperature shift reactor 5, and a high temperature shift A flow meter 24c that measures the amount of bypass gas that flows through the bypass line 21 of the reactor 5 and a flow meter 24d that measures the amount of bypass gas that flows through the bypass line 22 that bypasses the entire CO shift reactor 108 are provided. It has been. The flow rates measured by these flow meters 24 a to 24 d are input to the control device 25.

また、本実施例の高温シフト反応器5のCOシフト触媒層内の入口部、中央部、出口部に、COシフト触媒層の温度を計測する例えば熱電対を用いてなる温度センサ23a、23b、23cが設置されている。また、高温シフト反応器5のCOシフト触媒層から流出される石炭ガスの温度を測定する温度センサ23dが設置されている。これらの温度センサ23a〜dにより計測された温度は、制御装置25に入力されている。制御装置25は、主ガス量調節弁18aと、バイパスガス量調節弁18bと、温度調節弁12、13と、リサイクルガス量調節弁15と、バイパス弁16と、パージ用窒素ガス供給弁17は、それぞれ制御装置25により制御されるようになっている。   In addition, temperature sensors 23a and 23b using, for example, thermocouples that measure the temperature of the CO shift catalyst layer at the inlet, center, and outlet in the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor 5 of the present embodiment, 23c is installed. Further, a temperature sensor 23 d for measuring the temperature of coal gas flowing out from the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor 5 is installed. The temperatures measured by these temperature sensors 23 a to 23 d are input to the control device 25. The control device 25 includes a main gas amount adjusting valve 18a, a bypass gas amount adjusting valve 18b, temperature adjusting valves 12, 13, a recycle gas amount adjusting valve 15, a bypass valve 16, and a purge nitrogen gas supply valve 17. These are controlled by the control device 25, respectively.

このように構成される実施例1のCOシフト反応装置108の動作について説明する。脱硫器106bから流出される石炭ガスは主ガス量調節弁18aを介して高圧蒸気ミキサー3に流入される。このとき、石炭ガスの流量は、流量計24bの計測流量に基づいて、主ガス量調節弁18aの開度を制御装置25により調節して制御する。また、図示していないが、前記式(1)のシフト反応に見合う高圧蒸気が蒸気ミキサー3に供給されて混合される。次に、No.2予熱器4にてCOシフト触媒の活性提示温度(例えば、≒300℃)まで予熱して、最上流の高温シフト反応器5に流入させることにより、COのシフト反応が進行する。   Operation | movement of the CO shift reaction apparatus 108 of Example 1 comprised in this way is demonstrated. The coal gas flowing out from the desulfurizer 106b flows into the high-pressure steam mixer 3 through the main gas amount control valve 18a. At this time, the flow rate of the coal gas is controlled by adjusting the opening of the main gas amount adjusting valve 18a by the control device 25 based on the measured flow rate of the flow meter 24b. Moreover, although not shown in figure, the high pressure steam corresponding to the shift reaction of said Formula (1) is supplied to the steam mixer 3, and is mixed. Next, no. 2 The pre-heater 4 preheats to the CO shift catalyst activity presentation temperature (for example, ≈300 ° C.) and flows into the uppermost high-temperature shift reactor 5, whereby the CO shift reaction proceeds.

高温シフト反応器5から流出するシフトされた石炭ガスは、No.1シフトガス冷却器6で冷却された後、2段目の高温シフト反応器7に流入してシフト反応が進行する。高温シフト反応器7から流出するシフトされた石炭ガスは、No.2シフトガス冷却器8で冷却された後、低温シフト反応器9に流入されてさらにシフト反応が進行する。低温シフト反応器9から流出するシフトされた石炭ガスは、No.3シフトガス冷却器10で冷却され、かつ過剰な水蒸気の凝縮が行われ、発生した凝縮水はノックアウトドラム11で除去される。ノックアウトドラム11を通過した石炭ガスは、図1に示した吸収搭110に導入されてCOが吸収分離される。 The shifted coal gas flowing out from the high temperature shift reactor 5 is cooled by the No. 1 shift gas cooler 6 and then flows into the second stage high temperature shift reactor 7 to proceed the shift reaction. The shifted coal gas flowing out from the high temperature shift reactor 7 is cooled by the No. 2 shift gas cooler 8, and then flows into the low temperature shift reactor 9, where the shift reaction further proceeds. The shifted coal gas flowing out from the low temperature shift reactor 9 is no. It is cooled by the 3-shift gas cooler 10, and excess water vapor is condensed, and the generated condensed water is removed by the knockout drum 11. The coal gas that has passed through the knockout drum 11 is introduced into the absorption tower 110 shown in FIG. 1, and CO 2 is absorbed and separated.

ところで、石炭ガスはCO濃度が非常に高い(例えば、50vol%)ことから、シフト反応による反応熱が多いため、最上流の高温シフト反応器5内の触媒温度が耐熱限界温度(例えば、480℃)を超過して、シフト触媒が損傷するとCOシフト反応装置108、延いては石炭ガス化システムの安定した連続運転が損なわれる。   By the way, since coal gas has a very high CO concentration (for example, 50 vol%), the reaction temperature due to the shift reaction is large, so that the catalyst temperature in the uppermost high temperature shift reactor 5 is the heat resistant limit temperature (for example, 480 ° C.). If the shift catalyst is damaged, the stable operation of the CO shift reactor 108 and thus the coal gasification system is impaired.

そこで、従来から、最上流の高温シフト反応器5にバイパスライン21を設けるとともに、高温シフト反応器5に流入する石炭ガスのCO濃度を希釈するリサイクルガスライン19を設けている。すなわち、バイパスライン21は、脱硫器2と高圧蒸気ミキサー3の間の石炭ガスライン20から高温シフト反応器5をバイパスして、石炭ガスを高温シフト反応器5の出口側に導くようにしている。バイパスライン21を流通する石炭ガスのバイパス流量は、制御装置25によってバイパスガス流量調整弁18bを制御して調節する。また、高温シフト反応器5に流通させる石炭ガスの流量は、制御装置25によって主ガス量調節弁18aを制御して調節する。具体的には、高温シフト反応器5のCOシフト触媒層の温度が、予め設定された設定温度を越えたとき、高温シフト反応器5に流入する石炭ガス量を制限し、発熱反応を抑制してCOシフト触媒層の温度を設定温度に保持する。   Therefore, conventionally, a bypass line 21 is provided in the most upstream high temperature shift reactor 5 and a recycle gas line 19 for diluting the CO concentration of coal gas flowing into the high temperature shift reactor 5 is provided. That is, the bypass line 21 bypasses the high temperature shift reactor 5 from the coal gas line 20 between the desulfurizer 2 and the high-pressure steam mixer 3 so as to guide the coal gas to the outlet side of the high temperature shift reactor 5. . The bypass flow rate of the coal gas flowing through the bypass line 21 is adjusted by the control device 25 by controlling the bypass gas flow rate adjusting valve 18b. Further, the flow rate of the coal gas to be circulated to the high temperature shift reactor 5 is adjusted by controlling the main gas amount adjusting valve 18 a by the control device 25. Specifically, when the temperature of the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor 5 exceeds a preset temperature, the amount of coal gas flowing into the high temperature shift reactor 5 is limited to suppress the exothermic reaction. Then, the temperature of the CO shift catalyst layer is maintained at the set temperature.

一方、高温シフト反応器5をバイパスした石炭ガスは、2段目の高温シフト反応器7に流入してシフト反応が進行する。しかし、2段目の高温シフト反応器7においては、CO濃度が低下していること、及び高温シフト反応器5で反応しても、No.1シフトガス冷却器6で冷却されるから、シフト反応で発熱しても、予め設定された設定温度を越えるほど上昇しない。さらに、バイパスライン21によるバイパス制御で高温シフト反応器5の触媒温度の上昇を吸収しきれなかった場合は、バイパス弁16を開けて石炭ガスを逃がすと共に、リサイクルガス圧縮機14よりリサイクルガスライン19を通してシフトされた石炭ガスをリサイクルすることにより、高温シフト反応器5の入口の石炭ガスのCO濃度を希釈して対応する。このような、従来の高温シフト反応器5をバイパスする温度制御は、COシフト反応装置に不可欠な方法である。   On the other hand, the coal gas bypassing the high temperature shift reactor 5 flows into the second stage high temperature shift reactor 7 and the shift reaction proceeds. However, in the second stage high temperature shift reactor 7, the CO concentration is lowered, and even if the reaction is performed in the high temperature shift reactor 5, it is cooled by the No. 1 shift gas cooler 6. Even if it generates heat, the temperature does not rise enough to exceed the preset temperature. Further, when the increase in the catalyst temperature of the high temperature shift reactor 5 cannot be absorbed by the bypass control by the bypass line 21, the bypass valve 16 is opened to release the coal gas, and the recycle gas line 19 is supplied from the recycle gas compressor 14. By recycling the coal gas shifted through, the CO concentration of the coal gas at the inlet of the high temperature shift reactor 5 is diluted. Such temperature control that bypasses the conventional high temperature shift reactor 5 is an indispensable method for the CO shift reaction apparatus.

ここで、実施例1のCOシフト反応装置108の特徴構成について説明する。そのために、特徴構成に係る解決課題について、図3を参照して説明する。
(1)シフト反応器をバイパスさせることに伴う課題
主ガス量調節弁18aの開度を絞るとともに、バイパスガス量調節弁18bの開度を開くと、高温シフト反応器5に流通する石炭ガスの主ガス量が減る。その主ガス量の減少に伴い、高温シフト反応器5のCOシフト触媒の発熱量が減少し、高温シフト反応器5から流出される石炭ガスの温度が低下する。しかし、ガス量の減少に伴いシフト触媒のSVが低下するため、COシフト触媒にとっては性能(活性)に余裕のある状態となる。その結果、COシフト触媒層中の最高温度点はCOシフト触媒層のガス流れ方向の上流側に移動する(図3(a)の点Aから点B)。このときのガス流れ方向の温度分布は、図中の点線31から実線32に示すプロファイルに変化する。また、SVの低下により触媒活性が高くなることに伴い、最高触媒温度が上昇して、耐熱限界温度を超過する場合が発生するという不都合が発生する。
Here, the characteristic structure of the CO shift reaction apparatus 108 of Example 1 is demonstrated. For this purpose, a solution problem related to the characteristic configuration will be described with reference to FIG.
(1) Problems associated with bypassing the shift reactor When the opening degree of the main gas amount adjusting valve 18a is reduced and the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve 18b is opened, the coal gas flowing into the high temperature shift reactor 5 is reduced. Main gas volume is reduced. With the decrease in the main gas amount, the calorific value of the CO shift catalyst of the high temperature shift reactor 5 decreases, and the temperature of the coal gas flowing out from the high temperature shift reactor 5 decreases. However, since the SV of the shift catalyst decreases as the gas amount decreases, the CO shift catalyst has a sufficient performance (activity). As a result, the maximum temperature point in the CO shift catalyst layer moves to the upstream side in the gas flow direction of the CO shift catalyst layer (from point A to point B in FIG. 3A). The temperature distribution in the gas flow direction at this time changes from a dotted line 31 to a profile indicated by a solid line 32 in the figure. In addition, as the catalytic activity increases due to the decrease in SV, the maximum catalyst temperature rises, resulting in inconvenience that the heat resistant limit temperature may be exceeded.

(2)COシフト触媒の温度制御点の位置に起因する課題
高温シフト反応器5のCOシフト触媒の温度制御は、従来は、一般に図2の温度センサ23dで計測した計測温度を予め設定した設定温度に保持するように、主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bとを制御している。つまり、温度計測点は温度センサ23dの1点であるから、上記の(1)で説明したように、COシフト触媒層中の最高温度点が上流側に移動すると、温度計測点である温度センサ23dの計測温度が急速に低下する(図3(a)の点Aから点C)。その結果、制御装置25は主ガス量調節弁18aを開き、バイパスガス量調節弁18bを閉じる方向の指令を出すから、高温シフト反応器5に流通される石炭ガスの主ガス量が増加し、シフト反応熱が増加してCOシフト触媒層の温度が上昇する。このとき、最高温度点も、図3(b)に示すように、ガス流れ方向の上流側に移動し(点線33から実線34)、温度センサ23dの計測温度が急速に上昇する(図3(b)の点Dから点E)。
(2) Problems due to the position of the temperature control point of the CO shift catalyst The temperature control of the CO shift catalyst of the high temperature shift reactor 5 has conventionally been set in advance by setting the measured temperature generally measured by the temperature sensor 23d of FIG. The main gas amount adjusting valve 18a and the bypass gas amount adjusting valve 18b are controlled so as to maintain the temperature. That is, since the temperature measurement point is one point of the temperature sensor 23d, as described in the above (1), when the highest temperature point in the CO shift catalyst layer moves upstream, the temperature sensor that is the temperature measurement point. The measured temperature of 23d rapidly decreases (from point A to point C in FIG. 3A). As a result, since the control device 25 issues a command to open the main gas amount adjusting valve 18a and close the bypass gas amount adjusting valve 18b, the main gas amount of the coal gas flowing through the high temperature shift reactor 5 increases, The shift reaction heat increases and the temperature of the CO shift catalyst layer rises. At this time, as shown in FIG. 3B, the maximum temperature point also moves upstream in the gas flow direction (from the dotted line 33 to the solid line 34), and the temperature measured by the temperature sensor 23d rises rapidly (FIG. 3 ( b) from point D to point E).

また、熱移動の時間遅れも加わり、最高触媒温度はバイパス制御前より高くなり、耐熱限界温度を超過することがある。そのため、制御装置25は、逆に、主ガス量調節弁18aを閉じ、バイパスガス量調節弁18bを開く方向の指令を出すことになる。この一連の制御により、高温シフト反応器5においてCOシフト触媒層の温度分布と最高触媒温度に変動が生じ、高温シフト反応器5へ流入する主ガス量及びバイパスライン21のバイパスガス量も変動し、COシフト触媒層の温度制御ができなくなるハンチング現象が生じる。また、一般に、COシフト触媒層の温度は触媒保護の観点から、COシフト反応装置を含めて石炭ガス化システムを緊急に停止する事象も発生する。特に、上述のハンチング現象は、高温シフト反応器5のバイパス制御開始時や、負荷を増加する時に、頻繁に発生するものと推定され、装置の安定運転を阻害する要因となる。   In addition, due to the time delay of heat transfer, the maximum catalyst temperature may be higher than before the bypass control, and may exceed the heat resistance limit temperature. Therefore, conversely, the control device 25 issues a command for closing the main gas amount adjusting valve 18a and opening the bypass gas amount adjusting valve 18b. By this series of controls, the temperature distribution of the CO shift catalyst layer and the maximum catalyst temperature are changed in the high temperature shift reactor 5, and the amount of main gas flowing into the high temperature shift reactor 5 and the amount of bypass gas in the bypass line 21 are also changed. As a result, a hunting phenomenon occurs in which the temperature of the CO shift catalyst layer cannot be controlled. In general, the temperature of the CO shift catalyst layer also causes an emergency stop of the coal gasification system including the CO shift reaction device from the viewpoint of catalyst protection. In particular, the above-described hunting phenomenon is presumed to occur frequently when bypass control of the high temperature shift reactor 5 is started or when the load is increased, and becomes a factor that hinders stable operation of the apparatus.

これらの課題に対応するため、本実施例1では、以下に述べる特徴構成を備えたことにある。まず、最上流の高温シフト反応器5のCOシフト触媒層内に、ガス流れ方向に沿って入口部と中央部と出口部の3箇所に温度センサ23a、23b、23cを分散配置したことを特徴とする。なお、温度センサの分散配置数は3個に限られるものではなく、COシフト触媒層のガス流れ方向の長さ、断面積に応じて3個以上配置することができる。また、高温シフト反応器5の出口部の石炭ガスの温度を計測するため、COシフト触媒層の下流端側の反応器の空間に温度センサ23dを設置しているのは、従来と同様である。   In order to deal with these problems, the first embodiment has the following characteristic configuration. First, the temperature sensors 23a, 23b, and 23c are dispersedly arranged in the CO shift catalyst layer of the most upstream high-temperature shift reactor 5 at three locations of the inlet portion, the central portion, and the outlet portion along the gas flow direction. And In addition, the number of dispersion | distribution arrangement | positioning of a temperature sensor is not restricted to three, Three or more can be arrange | positioned according to the length of the gas flow direction of a CO shift catalyst layer, and a cross-sectional area. Further, in order to measure the temperature of the coal gas at the outlet of the high temperature shift reactor 5, the temperature sensor 23d is installed in the space of the reactor on the downstream end side of the CO shift catalyst layer as in the conventional case. .

本実施例1によれば、COシフト触媒層内の温度センサ23a、23b、23cの計測温度を制御装置25に取り込み、制御装置25は最高計測温度を示すいずれかの温度センサ23a〜cを1つ選択する。そして、選択した温度センサ23の計測温度を最高触媒温度とし、その最高触媒温度を予め設定された設定温度に保持するように、例えば耐熱制限温度に近付いた場合あるいは越えたときに、主ガス量調節弁18aを閉じ、バイパスガス量調節弁18bを開く操作を行う。   According to the first embodiment, the measured temperatures of the temperature sensors 23a, 23b, and 23c in the CO shift catalyst layer are taken into the control device 25, and the control device 25 sets any one of the temperature sensors 23a to 23c indicating the highest measured temperature to 1 Select one. Then, when the temperature measured by the selected temperature sensor 23 is set to the maximum catalyst temperature and the maximum catalyst temperature is maintained at a preset temperature, for example, when the temperature approaches or exceeds the heat limit temperature, the amount of main gas The control valve 18a is closed and the bypass gas amount control valve 18b is opened.

図4を参照して、本実施例1の主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bの開度の関連制御を説明する。温度センサ23a〜23cのうちで、最高計測温度を示す温度センサの計測温度をCOシフト触媒層の最高触媒温度とする。そして、COシフト触媒層の最高触媒温度が耐熱制限温度に近付いた場合あるいは越えたときに、制御装置25は主ガス量調節弁18aに指令を送って、全開から設定開度(図4の例では、70%開度)まで絞り、その開度を維持する。これは、高温シフト反応器5を流通する石炭ガスに流通抵抗を与えて、バイパスライン21に石炭ガスが流れやすくすること、及びバイパスガス量の調整を容易にするためである。   With reference to FIG. 4, the related control of the opening degree of the main gas amount adjusting valve 18a and the bypass gas amount adjusting valve 18b of the first embodiment will be described. Among the temperature sensors 23a to 23c, the measured temperature of the temperature sensor indicating the highest measured temperature is set as the highest catalyst temperature of the CO shift catalyst layer. When the maximum catalyst temperature of the CO shift catalyst layer approaches or exceeds the heat-resistant limit temperature, the control device 25 sends a command to the main gas amount control valve 18a to set the opening degree from the fully open position (example in FIG. 4). Then, the aperture is reduced to 70% and the opening is maintained. This is to give flow resistance to the coal gas flowing through the high temperature shift reactor 5 to facilitate the flow of the coal gas to the bypass line 21 and to easily adjust the amount of the bypass gas.

一方、制御装置25は、COシフト触媒層の最高温度が設定温度を越えた程度に応じて、バイパスガス量調節弁18bに開度指令(0〜100%)を送る。なお、バイパスガス量調節弁18bは、開度0から設定開度(図4の例では、87%開度)まで開くようになっている。ここで、主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bの開度は、予め両者の開度と流通ガス量との関係を求めておき、開度指令90%のときに、主ガス量とバイパスガス量の流量比が概ね1:1となるように設定する。このように、主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bの開度指令を設定することにより、制御装置25はCOシフト触媒層の最高温度が設定温度を越えた程度に応じてバイパスガス量調節弁18bの開度指令を制御するだけで、主ガス量を調整するとともに、バイパスガス量を調整することができる。つまり、本実施例1の主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bの開度制御は、双方の調節弁の開度を相関させるように設定した一連のプログラムによって行うようにしている。   On the other hand, the control device 25 sends an opening degree command (0 to 100%) to the bypass gas amount adjusting valve 18b according to the degree to which the maximum temperature of the CO shift catalyst layer exceeds the set temperature. The bypass gas amount adjusting valve 18b is configured to open from an opening degree 0 to a set opening degree (87% opening degree in the example of FIG. 4). Here, the opening degree of the main gas amount adjusting valve 18a and the bypass gas amount adjusting valve 18b is obtained in advance by obtaining the relationship between the opening degree of the both and the flow gas amount. And the flow rate ratio of the bypass gas amount is set to approximately 1: 1. In this way, by setting the opening commands of the main gas amount adjusting valve 18a and the bypass gas amount adjusting valve 18b, the control device 25 allows the bypass gas according to the degree to which the maximum temperature of the CO shift catalyst layer exceeds the set temperature. The main gas amount can be adjusted and the bypass gas amount can be adjusted only by controlling the opening command of the amount adjusting valve 18b. That is, the opening control of the main gas amount adjusting valve 18a and the bypass gas amount adjusting valve 18b of the first embodiment is performed by a series of programs set so as to correlate the opening amounts of both the adjusting valves.

ところで、図4に示した本実施例1の主ガス量調節弁18aとバイパスガス量調節弁18bの開度制御が支障なく行われていても、石炭ガス組成の変動に伴い、COシフト触媒層の計測最高温度が耐熱限界温度を越える場合がある。このような場合は、図4に示した関連制御を行いながら、図5に示すように、先行的にバイパスガス量を一時的に増加する先行制御を行うことが望ましい。つまり、設定温度(図示例では、470℃)と耐熱限界温度(図示例では、480℃)との中間に閾値(図示例では、475℃)を設定する。そして、計測最高温度が閾値を越えたときに、バイパスガス量調節弁18bの開度を一時的に設定開度(例えば、全開の0〜10%、好ましくは5〜10%)だけ増開して速やかに元の開度に戻す。これにより、COシフト触媒層の温度を急速に低下させることができ、COシフト触媒層の温度上昇を抑制できる。   By the way, even if the opening control of the main gas amount control valve 18a and the bypass gas amount control valve 18b of the first embodiment shown in FIG. The maximum measured temperature may exceed the heat resistance limit temperature. In such a case, it is desirable to perform advance control that temporarily increases the amount of bypass gas in advance, as shown in FIG. 5, while performing the related control shown in FIG. That is, the threshold value (475 ° C. in the illustrated example) is set between the set temperature (470 ° C. in the illustrated example) and the heat resistant limit temperature (480 ° C. in the illustrated example). When the measured maximum temperature exceeds the threshold value, the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve 18b is temporarily increased by a set opening degree (for example, 0 to 10% of full opening, preferably 5 to 10%). To quickly return to the original position. Thereby, the temperature of the CO shift catalyst layer can be rapidly decreased, and the temperature increase of the CO shift catalyst layer can be suppressed.

図6に、本発明のCOシフト反応装置108の実施例2のシステム構成図を示す。本実施例2が、実施例1と相違する点は、実施例1のバイパス弁16を開けて石炭ガスを逃がすラインと、リサイクルガス圧縮機14よりリサイクルガスライン19を通してシフトされた石炭ガスをリサイクルして高温シフト反応器5の入口の石炭ガスのCO濃度を希釈するラインを省略したことにある。その他の構成は、実施例1と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。   In FIG. 6, the system block diagram of Example 2 of the CO shift reaction apparatus 108 of this invention is shown. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the bypass gas 16 of the first embodiment is opened to release the coal gas, and the coal gas shifted from the recycle gas compressor 14 through the recycle gas line 19 is recycled. Thus, the line for diluting the CO concentration of the coal gas at the inlet of the high temperature shift reactor 5 is omitted. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

以上説明したように、本発明によれば、高濃度のCOを含有する石炭ガス化ガスからCOを効率的に分離回収するために、石炭ガス化ガス中のCOをCOに変換するCOシフト反応装置において、COシフト触媒をシフト反応熱による温度上昇から保護し、安定した運転が可能となる。また、COシフト反応器のバイパス制御運転の開始時あるいは負荷増加時を含むすべての運転状態において、石炭ガス中のCO濃度変動及び流量変動に対応させて最上流側の高温シフト反応器内のCOシフト触媒の温度を耐熱限界温度以下に安定に維持することができる。 As described above, according to the present invention, in order to efficiently separate and recover CO 2 from coal gasification gas containing high-concentration CO, CO that converts CO in coal gasification gas to CO 2 is used. In the shift reaction apparatus, the CO shift catalyst is protected from the temperature rise due to the shift reaction heat, and stable operation becomes possible. Further, in all operating states including when the CO shift reactor bypass control operation is started or when the load is increased, the CO in the high temperature shift reactor on the most upstream side is made to correspond to the CO concentration fluctuation and the flow fluctuation in the coal gas. The temperature of the shift catalyst can be stably maintained below the heat resistant limit temperature.

3 高圧蒸気ミキサー
4 No.2予熱器
5 高温シフト反応器
6 No.1シフトガス冷却器
7 高温シフト反応器
8 No.2シフトガス冷却器
9 低温シフト反応器
10 No.3シフトガス冷却器
11 ノックアウトドラム
12 温度調節弁
13 温度調節弁
14 リサイクルガス圧縮機
15 リサイクルガス量調節弁
16 バイパス弁
17 パージ用窒素ガス供給弁
18a 主ガス量調節弁
18b バイパスガス量調節弁
19 リサイクルガスライン
20 石炭ガスライン
21 バイパスライン
22 バイパスライン
23a〜d 温度センサ
24a〜d 流量計
25 制御装置
3 High-pressure steam mixer 4 No. 2 Preheater 5 High temperature shift reactor 6 No. 1 shift gas cooler 7 High temperature shift reactor 8 No. 2 shift gas cooler 9 Low temperature shift reactor 10 No. 3 shift gas cooler 11 Knockout drum 12 Temperature control valve 13 Temperature control valve 14 Recycle Gas Compressor 15 Recycle Gas Amount Control Valve 16 Bypass Valve 17 Purge Nitrogen Gas Supply Valve 18a Main Gas Amount Control Valve 18b Bypass Gas Amount Control Valve 19 Recycle Gas Line 20 Coal Gas Line 21 Bypass Line 22 Bypass Lines 23a-d Temperature sensor 24a-d Flow meter 25 Control device

Claims (10)

石炭をガス化して供給される石炭ガスに高圧蒸気を混合する高圧蒸気ミキサーと、前記高圧蒸気が混合された石炭ガスが流入される活性提示温度の高いCOシフト触媒が充填された最上流の高温シフト反応器を含む直列に接続された複数のシフト反応器と、前記高圧蒸気ミキサーを介して前記高温シフト反応器に流入する石炭ガスのガス量を調節する主ガス量調節弁と、該主ガス量調節弁の上流側から分岐して前記高温シフト反応器をバイパスして石炭ガスを下流側のシフト反応器に導入するバイパスラインと、該バイパスラインに設けられバイパスガス量を調節するバイパスガス量調節弁とを備えてなるCOシフト反応装置において、最上流の前記高温シフト反応器のCOシフト触媒層内にガス流れ方向に沿って配置された複数の温度センサと、該複数の温度センサの計測温度を入力して当該COシフト触媒層内の温度に基づいて前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁とを制御して触媒温度を設定温度に制御する制御装置とを備え、該制御装置は、前記複数の温度センサの計測温度を比較して最高触媒温度を前記設定温度に保持するように、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁を制御することを特徴とするCOシフト反応装置。   A high-pressure steam mixer that mixes high-pressure steam with coal gas supplied by gasifying coal, and a high-temperature uppermost stream filled with a CO shift catalyst having a high activity presentation temperature into which the coal gas mixed with the high-pressure steam is introduced. A plurality of shift reactors connected in series including a shift reactor; a main gas amount control valve for adjusting the amount of coal gas flowing into the high temperature shift reactor via the high-pressure steam mixer; and the main gas A bypass line for branching from the upstream side of the quantity control valve to bypass the high temperature shift reactor and introducing coal gas into the downstream shift reactor, and a bypass gas quantity provided in the bypass line for adjusting the bypass gas quantity And a plurality of temperature sensors disposed along the gas flow direction in the CO shift catalyst layer of the uppermost high temperature shift reactor. Then, the measured temperatures of the plurality of temperature sensors are input and the main gas amount adjusting valve and the bypass gas amount adjusting valve are controlled based on the temperature in the CO shift catalyst layer to control the catalyst temperature to the set temperature. And a control device that compares the measured temperatures of the plurality of temperature sensors and maintains the maximum catalyst temperature at the set temperature so as to maintain the maximum catalyst temperature and the bypass gas amount control valve. CO shift reaction apparatus characterized by controlling. 請求項1に記載のCOシフト反応装置において、
前記最上流の高温シフト反応器のCOシフト触媒層内に配置される複数の温度センサは、少なくとも前記COシフト触媒層の入口部、中央部、出口部の3箇所に配置され、
前記制御装置は、前記温度センサのうちで最高計測温度を示した温度センサの計測温度を前記最高触媒温度として、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁を制御することを特徴とするCOシフト反応装置。
The CO shift reactor according to claim 1,
The plurality of temperature sensors arranged in the CO shift catalyst layer of the most upstream high temperature shift reactor are arranged at least at three locations of an inlet portion, a central portion, and an outlet portion of the CO shift catalyst layer,
The control device controls the main gas amount adjusting valve and the bypass gas amount adjusting valve with the measured temperature of the temperature sensor showing the highest measured temperature among the temperature sensors as the highest catalyst temperature. CO shift reactor.
請求項1又は2に記載のCOシフト反応装置において、
前記制御装置は、前記最上流の高温シフト反応器の前記最高触媒温度が前記設定温度を越えて上昇したとき、前記設定温度と耐熱温度(警報設定値)の中間に設定した閾値を越えた時点で、前記バイパスガス量調節弁の開度を全開の5〜10%の範囲で瞬時的(一時的)に開いた後、前記バイパスガス量調節弁の開度を元に戻す制御を行うことを特徴とするCOシフト反応装置。
In the CO shift reaction apparatus according to claim 1 or 2,
When the maximum catalyst temperature of the most upstream high temperature shift reactor has exceeded the set temperature, the control device has exceeded a threshold value set between the set temperature and the heat-resistant temperature (alarm set value). Then, after the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is instantaneously (temporarily) opened within a range of 5 to 10% of the fully opened state, the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is controlled to return to the original position. Characteristic CO shift reactor.
請求項3に記載のCOシフト反応装置において、
前記制御装置は、前記最上流の高温シフト反応器のCOシフト触媒層の最高触媒温度が前記設定温度を越えて上昇したとき、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁に対して開度指令を出力するものとし、
前記開度指令は、前記主ガス量調節弁は開度100%から予め定めた設定開度に絞り込んで固定し、前記バイパスガス量調節弁は開度を0%から開度指令に従って一定のレートで開度を増加する指令であることを特徴とするCOシフト反応装置。
The CO shift reactor according to claim 3,
The control device opens the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve when the maximum catalyst temperature of the CO shift catalyst layer of the most upstream high temperature shift reactor rises above the set temperature. Output a degree command,
The opening degree command is fixed by narrowing the main gas amount adjustment valve from a degree of opening of 100% to a predetermined opening degree, and the bypass gas amount adjusting valve is set at a constant rate from 0% to the degree of opening instruction. A CO shift reaction apparatus characterized in that the command is an instruction to increase the opening.
請求項4に記載のCOシフト反応装置において、
前記バイパスガス量調節弁の開度を増加する前記レートは、前記バイパスガス量調節弁の開度100%のときに、前記主ガス量調節弁を流通する石炭ガス量と前記バイパスガス量調節弁を流通するバイパスガス量が、前記石炭ガスの全量に対し50%ずつでほぼ同量となるように設定されていることを特徴とするCOシフト反応装置。
The CO shift reactor according to claim 4,
The rate of increasing the opening degree of the bypass gas amount control valve is the amount of coal gas flowing through the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve when the opening amount of the bypass gas amount control valve is 100%. The CO shift reaction apparatus is characterized in that the amount of bypass gas flowing through the gas is set to be approximately the same at 50% of the total amount of the coal gas.
石炭をガス化して供給される石炭ガス中の一酸化炭素(CO)を二酸化炭素(CO)に変換するCOシフト反応装置と、該COシフト反応装置で変換された前記COを分離して回収するCO分離回収装置とを備え、前記COシフト反応装置は、前記石炭ガスに高圧蒸気を混合する高圧蒸気ミキサーと、前記高圧蒸気が混合された石炭ガスが流入される活性提示温度の高いCOシフト触媒が充填された最上流の高温シフト反応器を含む直列に接続された複数のシフト反応器と、前記高圧蒸気ミキサーを介して前記高温シフト反応器に流入する石炭ガスのガス量を調節する主ガス量調節弁と、該主ガス量調節弁の上流側から分岐して前記高温シフト反応器をバイパスして石炭ガスを下流側のシフト反応器に導入するバイパスラインと、該バイパスラインに設けられバイパスガス量を調節するバイパスガス量調節弁とを備えてなる石炭ガス化システムにおいて、
前記最上流の前記高温シフト反応器のCOシフト触媒層内にガス流れ方向に沿って配置された複数の温度センサと、該複数の温度センサの計測温度を入力して当該COシフト触媒層内の温度に基づいて前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁とを制御して触媒温度を設定温度に制御する制御装置とを備え、該制御装置は、前記複数の温度センサの計測温度を比較して最高触媒温度を前記設定温度に保持するように、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁を制御することを特徴とする石炭ガス化システム。
A CO shift reactor for converting coal to carbon monoxide in the coal gas to be supplied to the gasification (CO) to carbon dioxide (CO 2), and to separate the CO 2 converted in the CO shift reactor A CO 2 separation and recovery device for recovery, wherein the CO shift reaction device is a high pressure steam mixer that mixes high pressure steam with the coal gas, and a high activity presentation temperature into which the coal gas mixed with the high pressure steam flows. A plurality of shift reactors connected in series including an uppermost high temperature shift reactor filled with a CO shift catalyst, and the amount of coal gas flowing into the high temperature shift reactor via the high-pressure steam mixer is adjusted. A main gas amount adjusting valve, a bypass line branched from the upstream side of the main gas amount adjusting valve, bypassing the high temperature shift reactor and introducing coal gas into the downstream shift reactor, In a coal gasification system comprising a bypass gas amount adjusting valve that is provided in the bypass line and adjusts the amount of bypass gas,
A plurality of temperature sensors arranged along the gas flow direction in the CO shift catalyst layer of the high temperature shift reactor of the uppermost stream, and the measured temperatures of the plurality of temperature sensors are input to enter the CO shift catalyst layer A control device that controls the main gas amount adjusting valve and the bypass gas amount adjusting valve based on temperature to control the catalyst temperature to a set temperature, and the control device is configured to control measured temperatures of the plurality of temperature sensors. The coal gasification system is characterized in that the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve are controlled so that the maximum catalyst temperature is maintained at the set temperature in comparison.
請求項6に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記最上流の高温シフト反応器のCOシフト触媒層内に配置される複数の温度センサは、少なくとも前記COシフト触媒層の入口部、中央部、出口部の3箇所に配置され、
前記制御装置は、前記温度センサのうちで最高計測温度を示した温度センサの計測温度を前記最高触媒温度として、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁を制御することを特徴とする石炭ガス化システム。
The coal gasification system according to claim 6,
The plurality of temperature sensors arranged in the CO shift catalyst layer of the most upstream high temperature shift reactor are arranged at least at three locations of an inlet portion, a central portion, and an outlet portion of the CO shift catalyst layer,
The control device controls the main gas amount adjusting valve and the bypass gas amount adjusting valve with the measured temperature of the temperature sensor showing the highest measured temperature among the temperature sensors as the highest catalyst temperature. Coal gasification system.
請求項6又は7に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記制御装置は、前記最上流の高温シフト反応器の前記最高触媒温度が前記設定温度を越えて上昇したとき、前記設定温度と耐熱温度(警報設定値)の中間に設定した閾値を越えた時点で、前記バイパスガス量調節弁の開度を全開の5〜10%の範囲で瞬時的に開いた後、前記バイパスガス量調節弁の開度を元に戻す制御を行うことを特徴とする石炭ガス化システム。
In the coal gasification system according to claim 6 or 7,
When the maximum catalyst temperature of the most upstream high temperature shift reactor has exceeded the set temperature, the control device has exceeded a threshold value set between the set temperature and the heat-resistant temperature (alarm set value). Then, after the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve is instantaneously opened within a range of 5 to 10% of the full opening, the coal is controlled to return the opening degree of the bypass gas amount adjusting valve to the original position. Gasification system.
請求項8に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記制御装置は、前記最上流の高温シフト反応器のCOシフト触媒層の最高触媒温度が前記設定温度を越えて上昇したとき、前記主ガス量調節弁と前記バイパスガス量調節弁に対して開度指令を出力するものとし、
前記開度指令は、前記主ガス量調節弁は開度100%から予め定めた設定開度に絞り込んで固定し、前記バイパスガス量調節弁は開度を0%から開度指令に従って一定のレートで開度を増加する指令であることを特徴とする石炭ガス化システム。
The coal gasification system according to claim 8,
The control device opens the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve when the maximum catalyst temperature of the CO shift catalyst layer of the most upstream high temperature shift reactor rises above the set temperature. Output a degree command,
The opening degree command is fixed by narrowing the main gas amount adjustment valve from a degree of opening of 100% to a predetermined opening degree, and the bypass gas amount adjusting valve is set at a constant rate from 0% to the degree of opening instruction. A coal gasification system characterized by a command to increase the opening degree.
請求項9に記載の石炭ガス化システムにおいて、
前記バイパスガス量調節弁の開度を増加する前記レートは、前記バイパスガス量調節弁の開度100%のときに、前記主ガス量調節弁を流通する石炭ガス量と前記バイパスガス量調節弁を流通するバイパスガス量が、前記石炭ガスの全量に対し50%ずつでほぼ同量となるように設定されていることを特徴とする石炭ガス化システム。
The coal gasification system according to claim 9,
The rate of increasing the opening degree of the bypass gas amount control valve is the amount of coal gas flowing through the main gas amount control valve and the bypass gas amount control valve when the opening amount of the bypass gas amount control valve is 100%. The coal gasification system is characterized in that the amount of bypass gas flowing through the coal gas is set to be substantially the same at 50% with respect to the total amount of the coal gas.
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