CN102892869A - 煤气化系统及煤气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的煤气化系统具备使次烟煤或者褐煤干燥以使它们具有规定的水分量来制成水分量调节煤的干燥装置；和使水分量调节煤燃烧来至少制造氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉。上述规定的水分量设定成通过由上述水分量调节煤生成的水蒸气与焦油发生化学反应而使焦油不会附着在上述贯穿孔内的量。

Description

煤气化系统及煤气化方法
技术领域
本发明涉及将煤作为原料来制造甲烷等产品的煤气化系统和煤气化方法。
本申请基于2010年4月16日在日本提出申请的日本特愿2010-095497号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往，为了将煤气化来有效地生产可燃性气体等，研究了具有固定床型、流化床型以及气流床(喷流床)型等各种构成的煤气化反应炉的煤气化系统。
作为其中之一，例如已知有专利文献1中公开的煤气化系统。该煤气化系统具备将煤进行热解的热解气化反应炉(上部反应容器)、从由热解气化反应炉生成的气体等中回收显热的热交换器、从该气体等中分离煤焦(char：未气化煤残渣或热解渣滓)的旋流器和从分离出煤焦后的气体中除去硫分而将气体精制的脱硫装置。
热解气化反应炉在下方侧与高温气化炉(下部反应容器)连通。向高温气化炉供给煤、氧及富氧空气等含氧气体、以及水蒸气。高温气化炉生成以氢气和一氧化碳气体作为主成分的高温气体。
在热解气化反应炉上，设有向热解气化反应炉内吹入煤的煤吹入喷嘴和向热解气化反应炉内添加水蒸气的水蒸气喷嘴。由从煤吹入喷嘴供至热解气化反应炉内的煤通过热解反应而生成煤焦和挥发性气体等。这里生成的煤焦基于以下的化学反应式被分解成各种气体。
C(煤焦)+H2O→CO+H2    (1)
C(煤焦)+CO2→2CO      (2)
在专利文献1中，记载了上述化学反应式中化学反应式(1)的反应速度比化学反应式(2)的反应速度快数倍左右的内容，由此认为从水蒸气喷嘴供给水蒸气而使热解气化反应炉内为富含水蒸气的气氛对分解煤焦是极其有效的。
而另一方面，通常，通过煤的热解会生成以碳为主成分的焦油并附着在热解气化反应炉内。当焦油的附着量增加时，存在以下的可能性：最终焦油会在热解气化反应炉的一部分发生堵塞，热解气化反应炉无法正常运转。但是，该焦油也会通过上述化学反应式(1)和(2)的化学反应被气化。这里，焦油的附着包括来自焦油的碳质物质的附着。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-155289号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，当供至热解气化反应炉的水蒸气量增加时，热解气化反应炉内的温度降低，上述化学反应的反应速度会减慢。而且，将水蒸气供至热解气化反应炉时存在以下的问题：需要水蒸气喷嘴、水蒸气供给泵等一定的装置，煤气化系统大型化。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供不需要向上部反应容器供给水蒸气的装置即可调节上部反应容器的内部的水蒸气量的煤气化系统和煤气化方法。
用于解决技术问题的手段
为了达到上述目的，本发明的一个方案的煤气化系统具备：使煤干燥来制成具有规定的水分量的水分量调节煤的干燥装置；和使上述水分量调节煤燃烧来生成氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉。上述煤气化反应炉具有：下部反应容器；设在上述下部反应容器的上方、且与上述下部反应容器连通的上部反应容器；向上述下部反应容器供给上述水分量调节煤和含氧气体并使上述水分量调节煤燃烧的烧嘴部；以及向上述上部反应容器供给上述水分调节煤的喷嘴部。
根据上述煤气化系统，通过干燥装置使煤干燥成具有规定的水分量的程度来制成水分量调节煤。当将该水分量调节煤与含氧气体一起供至下部反应容器、并使其在烧嘴部燃烧时，在下部反应容器内部生成以一氧化碳气体为主成分的高温气体。在下部反应容器内部生成的高温气体流入上部反应容器。进而，将上述水分量调节煤中供至下部反应容器的部分以外的部分通过喷嘴部供至上部反应容器，利用流入到上部反应容器的高温气体进行加热。当水分量调节煤被高温气体加热时，通过热解来生成以碳为主成分的焦油、煤焦。该焦油和煤焦会与特意残留于水分量调节煤中的规定量的水分发生化学反应而被气化(参照式(1))。
通常，次烟煤、褐煤等煤中含有30～60％(重量％)左右的水分。为此，在使它们干燥的过程中以特意残留规定的水分量的方式预先进行调节，利用该残留水分来生成水蒸气，从而促进焦油的气化。由此，即使不如以往那样向上部、下部的各反应容器供给水蒸气，也能够防止气化反应炉内附着焦油。其结果是，能够改善伴随着供至气化反应炉的水蒸气量的增加的炉内温度降低、以及因该温度降低引起的化学反应的反应速度的缓慢。另外，由于不需要设置向气化反应炉供给水蒸气的设备，因而能够实现煤气化系统的小型化。
上述煤气化系统可以具备：测定上述喷嘴部的下方的炉内压力与上述上部反应容器上部的炉内压力之差的压力测定部；和基于利用上述压力测定部测得的压力差来控制上述干燥装置以调节上述煤中含有的水分量的控制部。
焦油具有集中附着于喷嘴部的上方的上部反应容器内表面的倾向。为此，根据本发明的煤气化系统，通过压力测定部来测定上述喷嘴部的下方的炉内压力与上述上部反应容器上部的炉内压力的差。然后，当检测出可确认焦油附着的程度的压力差时，控制干燥装置，使煤中含有的水分量增加。当增加了水分量的水分量调节煤被高温气体加热时，在通过热解来生成以碳为主成分的焦油、煤焦的同时，水分气化而变成水蒸气。焦油、煤焦与生成的水蒸气的一部分发生化学反应，从而被气化。进而，附着于反应容器内表面的焦油与残留的水蒸气发生化学反应，从而被气化。由此，能够抑制在上部反应容器内表面附着焦油。
另外，本发明的一个方案的煤气化系统具备：使含有以质量比计为20％以上的水分的次烟煤或者褐煤干燥以含有规定量的水分来制成水分量调节煤的干燥装置；和通过使上述水分量调节煤燃烧来至少制造氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉。上述煤气化反应炉具有：在内部形成有收纳空间的下部反应容器；和设在上述下部反应容器的上方的上部反应容器。上述下部反应容器具有：向上述下部反应容器不供给水蒸气而以规定的比例供给上述水分量调节煤和含氧气体、并使上述水分量调节煤燃烧的烧嘴部。上述上部反应容器具有：介由缩径部与上述下部反应容器的上述收纳空间连通并沿上下方向延伸的贯穿孔；和向上述上部反应容器不供给水蒸气而仅供给上述水分量调节煤的喷嘴部。上述规定量设定成通过上述水分与由上述水分量调节煤生成的焦油发生化学反应而使焦油不会附着在上述贯穿孔内的量。
次烟煤、褐煤含有30～60％(重量％)左右的水分。根据该发明，首先利用干燥装置使次烟煤或者褐煤干燥来制成水分量调节煤，以水分量调节煤含有比以往的煤气化系统中的残留水分量更多的水分的方式进行调节。具体而言，在上部反应容器中，通过水分量调节煤的规定量的水分与由水分量调节煤生成的焦油发生化学反应，以贯穿孔内不会附着焦油的方式对水分量调节煤中的水分量进行预先调节。
而且，从烧嘴部向下部反应容器内的收纳空间不供给水蒸气而以规定的比例供给水分量调节煤和含氧气体并使水分量调节煤燃烧，同时从喷嘴部向上部反应容器内的贯穿孔不供给水蒸气而仅供给水分量调节煤。
供至上部反应容器内的碳和水分均含在水分量调节煤中。通过水分量调节煤的加热分解，生成以碳为主成分的焦油、煤焦。水分量调节煤中的水分在上部反应容器内被加热而变成水蒸气。刚从水分量调节煤生成的焦油、煤焦和水蒸气为混合状态。当这些焦油、煤焦和水蒸气由各自的喷嘴供给时，有时焦油及煤焦和水蒸气处于分离的位置而不能发生反应。但是，根据上述方案，由于焦油、煤焦和水蒸气为混合状态，因此可防止它们不能进行反应。
此时，供至上部反应容器内的水分量调节煤中含有的水分量利用干燥装置来调节，为通过因水分量调节煤的热解而生成的焦油与水蒸气发生化学反应而不会在贯穿孔内附着焦油的量。因此，不会出现贯穿孔内附着的焦油的量增加而堵塞贯穿孔的现象。这样，能够更切实地使在上部反应容器内呈混合状态的水蒸气与焦油和煤焦发生反应。因此，可以减少或不需要为了使焦油不附着在上部反应容器内而供至上部反应容器内的水蒸气。
另外，在上述煤气化系统中，上述规定的水分量设定成以上述水分量调节煤中的含量计为15%以上且40%以下的质量比。
此时，通过使水分量调节煤中的水分的含量以质量比计为15%以上，能够进一步促进上部反应容器内的焦油与水蒸气的反应以使贯穿孔内不附着焦油。
另外，在上述煤气化系统中，上述煤气化反应炉可以具有压力测定部，所述压力测定部测定上述上部反应容器的贯穿孔中的上述喷嘴部的下方的部分的内压或者上述下部反应容器的收纳空间的内压、与上述贯穿孔的上方的端部的内压之间的压力差。此时，煤气化系统可以具备控制部，所述控制部基于上述压力测定部测得的上述压力差来控制上述干燥装置从而调节上述煤具有的水分量。
此时，即使处于因煤热解而生成的焦油附着在上部反应容器内的状态，焦油也会集中附着于上部反应容器的贯穿孔中的喷嘴部的铅直方向的上方的位置。因此，通过使测定压力差的位置之一为上部反应容器的贯穿孔中的喷嘴部的铅直方向的下方的部分或者下部反应容器的收纳空间，使另一个位置为贯穿孔的上方的端部，能够防止测定压力差的位置被焦油堵塞而切实地测定压力差。
另外，当贯穿孔内附着了焦油时，压力测定部测定的压力差变大。此时，控制部可以通过使水分量调节煤中的水分量增加来进一步促进焦油与水蒸气的化学反应，从而使附着在上部反应容器的贯穿孔内的焦油气化。
本发明的一个方案的煤气化方法使用上述任一项所记载的煤气化系统，并实施以下的工序。干燥工序，其使上述次烟煤或者褐煤干燥以具有规定的水分量来制成上述水分量调节煤。化学反应工序，其从上述烧嘴部向上述下部反应容器不供给水蒸气而供给上述水分量调节煤和含氧气体，并使上述水分量调节煤燃烧，且从上述喷嘴部向上述上部反应容器仅供给上述水分量调节煤以使上述水分量调节煤发生化学反应。
上述煤气化方法可以在上述化学反应工序中使由上述水分量调节煤生成的焦油、与上述水分量调节煤中含有的水分被加热而生成的水蒸气发生化学反应来至少制造一氧化碳气体和氢气。
另外，本发明的一个方案的煤气化方法包含下述工序：使煤干燥来制成含有规定的水分量的水分量调节煤的工序；向煤气化反应炉的下部反应容器供给上述水分量调节煤和含氧气体的工序；使上述水分量调节煤燃烧来生成高温气体的工序；向上述煤气化反应炉中与上述下部反应容器连通的上部反应容器供给上述水分调节煤的工序；以及利用从上述下部反应容器流入上述上部反应器的上述高温气体将供至上述上部反应容器的上述水分调节煤进行加热的工序。
当供至上部反应容器的水分量调节煤被高温气体加热时，会因热解而生成以碳为主成分的焦油、煤焦。该焦油和煤焦会与特意残留在水分量调节煤中的规定量的水分发生化学反应而被气化。由此，即使不如以往那样向上部、下部的各反应容器供给水蒸气，也能够防止气化反应炉内附着焦油。其结果是，能够改善伴随着供至气化反应炉的水蒸气量的增加的炉内温度降低、以及因该温度降低引起的化学反应的反应速度的缓慢。另外，由于不需要设置向气化反应炉供给水蒸气的设备，因而能够实现煤气化系统的小型化。
发明效果
根据本发明的煤气化系统和煤气化方法，不需要向上部反应容器供给水蒸气的装置即可调节上部反应容器内的水蒸气量。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的煤气化系统的框图。
图2是将本发明的第1实施方式的煤气化系统的主要部分的一部分断裂后的图。
图3是本发明的第1实施方式的煤气化系统的干燥装置的剖面图。
图4是表示本发明的第1实施方式的煤气化系统中水分量调节煤中的水分的含量相对于粉碎部的出口温度的变化的图。
图5是表示本发明的第1实施方式的煤气化系统中贯穿孔中的焦油的附着量的增加速度与水分量调节煤中的水分量的关系的图。
图6是将本发明的第2实施方式的煤气化系统的主要部分的一部分断裂后的图。
图7是表示用本发明的第2实施方式的煤气化系统的压力测定装置测定的压力差、与将该压力差恢复至通常的值所需要的水分量调节煤中的水分量的关系的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
下面，参照图1至图5对本发明的煤气化系统的第1实施方式进行说明。如图1所示，煤气化系统1是将煤作为原料来合成以氢气和一氧化碳气体为主成分的合成气体、并由该合成气体最终制造甲烷、甲醇和氨等产品的成套设备。作为本实施方式的煤气化系统1中使用的煤，可以使用以重量比计含有20%以上水分的次烟煤或者褐煤。
煤气化系统1具备煤干燥及粉碎设备(干燥装置)2、煤供给设备3、煤气化反应炉4、热回收设备5、煤焦回收设备6、变换反应设备7、气体精制设备8、化学合成设备9和空气分离设备10。
如图2所示，煤干燥及粉碎设备2具有将煤进行加热的干燥部13和将煤粉碎至规定的粒径(外径)的粉碎部14。
通常，煤的粒径不均匀，次烟煤、褐煤中含有例如以质量比计为30～60%左右的大量的水分。为此，通过将在干燥部13中加热后的次烟煤或者褐煤在粉碎部14以粒径例如达到10μm以上且100μm以下左右的粒状的方式进行粉碎，可以将次烟煤或者褐煤调节成具有规定的水分量。如此操作，由以质量比计具有30～60%左右的水分量的煤来制造具有规定的水分量的水分量调节煤。由于使加热后的煤为粒状从而使水分从煤中蒸发，因此水分量调节煤中的水分量在水分量调节煤从粉碎部14出来时确定。这样，干燥部13和粉碎部14一起作为使煤干燥的干燥装置而发挥作用。
在煤干燥及粉碎设备2中制造的粒状的水分量调节煤具有的水分量低于干燥前的煤具有的水分量，设定成以质量比计为15%以上且40%以下。
关于干燥前的煤的水分量的测定以及干燥及粉碎后的水分量调节煤的水分量的测定，例如可以采用红外线水分仪来进行。例如，通过调节干燥部13的加热温度、加热时间、或粉碎部14的粉碎后的煤的粒径，可以进行水分量调节煤的水分量的调节。
如图3所示，干燥部13由配置在同轴上的内筒15与外筒16的双重管结构来构成。内筒15和外筒16以前端侧相对于水平面以一定的角度向下方倾斜的方式配置。在内筒15的基端侧(铅直方向的斜上方侧)连接有将煤B导入内筒15内的料斗17。在内筒15内配置有将煤B送至前端侧(铅直方向的斜下方侧)的送出机构18。
在外筒16的前端部连接有向外筒16与内筒15之间供给一定温度的水蒸气并调节流量的流量调节阀19。供至内筒15与外筒16之间的水蒸气以与传送煤B的方向相对的方式流动，并从与外筒16连接的排出管20排出。
在图2所示的粉碎部14的出口设有测定粉碎部14的出口温度的温度传感器。
如此构成的干燥部13边利用粉碎部14的温度传感器进行测定边操作流量调节阀19来调节内筒15与外筒16之间流动的水蒸气的量。而且，在将煤B从内筒15内传送至前端侧期间，利用水蒸气将煤B进行加热。由此，调节煤B中含有的水分量。
另外，关于在干燥部中将煤进行干燥的方法，只要是能够调节煤中的水分量的方法即可，没有特别限定。例如，可以是如本实施方式那样利用水蒸气将煤进行加热的方法，也可以是使用加热器等进行加热的方法。当使用图3所示的本实施方式的干燥部13时，能够在1个装置中同时进行煤的粉碎和干燥，设备的紧凑化和成本减少成为可能。
图4示出利用煤干燥及粉碎设备2使煤B干燥的结果的一个例子。另外，在图4中，以将煤B进行一次干燥使煤B中的水分量干燥至25%的状态供至干燥部13。图4的横轴表示用温度传感器测定的粉碎部14的出口温度，纵轴表示从粉碎部14出来后的水分量调节煤中的水分量。在该试验结果中，当粉碎部14的出口温度为75℃时水分量调节煤的水分量为5%，当粉碎部14的出口温度为50℃时水分量调节煤中的水分量为18%。
内筒1 5与外筒16之间流动的水蒸气的流量越增加，粉碎部14的出口温度越高。而且，当粉碎部14的出口温度增高时，可知煤B在内筒15内被加热到更高的温度，从粉碎部14的出口排出的水分量调节煤中的水分量減少。
如图2所示，为了成为可供至煤气化反应炉4内的状态，在粉碎部14中粉碎后的水分量调节煤在煤供给设备3内与载气混合。含有该水分量调节煤的载气升压至规定的压力后供至煤气化反应炉4。另外，从干燥部13出来并使内部的一定量的水分蒸发后的水分量调节煤在填充有干燥的氮且密闭的空间内移动，以使得水分量不发生变化。
图1所示的空气分离设备10将空气压缩而液化，从成为液体的空气中利用沸点的不同来分离干燥的氧气、氮气等。空气分离设备10中分离得到的氧气供至煤气化反应炉4。
如图2所示，煤气化反应炉4是通过使水分量调节煤在内部燃烧来至少制造氢气和一氧化碳气体的装置。煤气化反应炉4具备部分氧化部(下部反应容器)26和设在部分氧化部26的铅直方向的上方D1的热解部(上部反应容器)28。部分氧化部26在内部形成有收纳空间26a。热解部28具有介由缩径部28a与部分氧化部26的收纳空间26a连通且沿上下方向D延伸的贯穿孔(管状部)27。煤气化反应炉4由耐热性的砖等形成。
通过在贯穿孔27与收纳空间26a之间设置缩径部28a，可以将部分氧化部26和热解部28在各自独立的反应条件下进行运转。
在部分氧化部26的下方D2设有炉渣冷却水槽29。部分氧化部26和炉渣冷却水槽29在上下方向(铅直方向)D上连通。在部分氧化部26与炉渣冷却水槽29的连接部分形成有直径缩小而成的小径部。
部分氧化部26形成沿上下方向D延伸的大致圆筒状。在部分氧化部26的内周面上设有多个形成沿轴线C1延伸的圆筒状的气化烧嘴(烧嘴部)30。气化烧嘴30与煤供给设备3和空气分离设备10连接，能够以规定的比例向部分氧化部26供给水分量调节煤和含氧气体(以下称为“水分量调节煤等”)。气化烧嘴30按以下方式来配置：前端侧相对于水平面朝向斜下方，且其轴线C1相对于部分氧化部26的中心轴线C2为扭转的位置。由此，气化烧嘴30以喷出的气体流为以部分氧化部26的中心轴线C2为中心进行旋转的旋转流的方式进行配置。
另外，在部分氧化部26的外周面设有未图示出的冷却手段，可以将因水分量调节煤的燃烧而被加热的部分氧化部26冷却。
热解部28形成沿上下方向D延伸的管状或筒状。贯穿孔27的内径小于部分氧化部26的收纳空间26a的内径。
在热解部28的上下方向D的中间部，设有向热解部28仅供给水分量调节煤的多个喷嘴部31。喷嘴部31与煤供给设备3连接。
另外，在热解部28不像以往的热解部那样设置向热解部供给水蒸气的水蒸气喷嘴。另外，气化烧嘴30和喷嘴部31的数量没有限制，几个均可。
热解部28的贯穿孔27的上方D1的端部27a与热回收设备5连接。
另外，在本实施方式中，在煤气化系统1中具备对热解部28的贯穿孔27内的压力差进行测定的压力测定装置(压力测定部)33。压力测定装置33具有第一配管34、第二配管35和主体部36。第一配管34与部分氧化部26的收纳空间26a连接，第二配管35与贯穿孔27的端部27a连接。主体部36测定第一配管34的内压与第二配管35的配管内部的内压的压力差。
在炉渣冷却水槽29中收纳有规定量的水W，如后所述那样将从部分氧化部26流下的炉渣冷却。
当如此构成的煤气化反应炉4运转时，实施以下说明的化学反应工序。
首先，水分量调节煤等以规定的流速从气化烧嘴30供至部分氧化部26内。各个气化烧嘴30如上所述那样以喷出的气体流为旋转流的方式配置。因此，从气化烧嘴30喷出的水分量调节煤等边向下方D2移动边围绕部分氧化部26的中心轴线C2旋转而形成旋转流。此时，部分氧化部26内为高温且高压(例如温度为1300℃以上且1700℃以下、压力为2MPa以上且3MPa以下)。在该环境下水分量调节煤变成高温而被热解。在该过程中，生成碳与含有焦油和水蒸气等的挥发性气体并分离。另外，通过水分量调节煤燃烧，生成基于下述化学反应式(3)～(5)得到的高温的一氧化碳气体、二氧化碳气体及氢气和炉渣(灰分)。
2C+O2→2CO      (3)
C+O2→CO2       (4)
C+H2O→CO+H2    (5)
部分氧化部26内生成的气体和炉渣等通过变成高温并膨胀而因浮力受到向上方D1的力，从而边旋转边在部分氧化部26内上升。
部分氧化部26内生成的炉渣为溶融的状态。该炉渣的一部分在部分氧化部26的内周面被上述冷却手段冷却而附着于该内周面，另一部分落入设在部分氧化部26的下方的炉渣冷却水槽29内的水W内被冷却、回收。
部分氧化部26内生成的水蒸气等气体、焦油、煤焦等从部分氧化部26送出后在热解部28的贯穿孔27内上升。部分氧化部26内被调节成温度为1000℃以上、压力为1MPa以上。
喷嘴部31向该贯穿孔27的内部供给水分量调节煤。水分量调节煤在煤干燥及粉碎设备2被干燥并调节成具有上述规定的水分量。
从喷嘴部31供给的水分量调节煤通过热解来生成焦油。另外，水分量调节煤中含有的规定量的水分被加热而变成水蒸气。由从喷嘴部31供给的水分量调节煤生成的焦油和水蒸气与从部分氧化部26内上升而来的焦油和水蒸气形成混合状态，并基于下述化学反应式(6)而被分解成一氧化碳气体和氢气。
另外，供至热解部28的水分量调节煤中的碳的一部分与热解部28内的二氧化碳气体发生反应而基于下述化学反应式(7)变成一氧化碳气体。
C(焦油)+H2O→CO+H2             (6)
C+CO2→2CO                     (7)
这里，图5示出贯穿孔27中焦油的附着量的增加速度与水分量调节煤中的水分量的关系。图5的横轴表示水分量调节煤中的水分量，纵轴表示焦油的附着量的增加速度。
水分量调节煤中的水分量越多，焦油与水蒸气的反应越得到促进，焦油的附着量的增加速度越小。具体而言，当水分量调节煤中的水分量小于15%时，焦油的附着量增加并在贯穿孔27内附着焦油。而当水分量调节煤中的水分量大于15%时，在贯穿孔27内不会附着焦油，即使因某些原因而在贯穿孔27内附着了焦油的情况下，该焦油也会随时间经过被分解成气体而消失。
另外，即使将水分量为60%左右的煤不经干燥部13加热而直接在粉碎部14进行粉碎，水分也会从粉碎后的煤中蒸发，因此水分量调节煤中的水分量不会超过40%。这样，通过使水分量调节煤中的水分的含量以质量比计为40%以下，可以防止因从水分量调节煤生成的水蒸气而使上述化学反应变慢。
按照以上的步骤，化学反应工序结束。
然后，如图1所示，从热解部28将以氢气和一氧化碳气体为主成分的高温的合成气体与煤焦一起传送并供至热回收设备5。
在热回收设备5中，通过从热解部28传送而来的合成气体与外部水蒸气的热交换，该水蒸气的温度上升。该水蒸气被供至上述干燥部13等用于煤的干燥等目的。
在热回收设备5中冷却后的合成气体从热回收设备5供至煤焦回收设备6，用煤焦回收设备6将合成气体中含有的煤焦回收。
通过煤焦回收设备6后的合成气体供至变换反应设备7。然后，为了将合成气体中的氢气相对于一氧化碳气体的比率提高到一定的值，向变换反应设备7中供给水蒸气。在变换反应设备7中，基于下述化学反应式(8)所示的变换反应，由合成气体中的一氧化碳气体和水蒸气生成二氧化碳气体和氢气。
CO+H2O→CO2+H2    (8)
在变换反应设备7中调节了成分的合成气体供至气体精制设备8，合成气体中含有的二氧化碳气体、含有硫作为成分的气体等被回收。
在气体精制设备8中精制后的合成气体供至化学合成设备9，制造甲烷、甲醇等产品。
接着，以干燥部13和煤气化反应炉4为重点，对在如上所述那样构成的煤气化系统1中因某些原因而在贯穿孔27附着了焦油时的运转方法进行说明。
如图4所示，当粉碎部14的温度传感器的温度为T0时，将得到的水分量调节煤的水分量设为X0。对通过从煤气化反应炉4的喷嘴部31供给该水分量调节煤而在贯穿孔27不附着焦油的情况下运转煤气化反应炉4的情况进行说明。
在贯穿孔27内附着焦油，利用压力测定装置33测定的压力差大于设定值。此时，操作人员通过干燥部13的流量调节阀19使流过干燥部13的水蒸气的流量仅降低规定的量。由此，降低温度传感器的温度使其为T1，使由干燥部1 3得到的水分量调节煤的水分量从X0增加为X1。
通过将水分量增加至X1的水分量调节煤从喷嘴部3 1供至贯穿孔27内，从水分量调节煤生成更多的水蒸气。然后，基于附着于贯穿孔27的焦油与水蒸气的化学反应式(6)的反应得到促进，附着的焦油气化而消失。
另外，当压力差减小至正常运转时的压力差左右时，为了将热解部28内的反应速度维持在规定值以上，可以利用流量调节阀19使流过干燥部13的水蒸气的流量增加。由此，可以使温度传感器的温度上升至例如T0或者T2，使水分量调节煤的水分量减少至X0或者X2。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的煤气化系统1，首先利用煤干燥及粉碎设备2使以重量比计含有20%以上水分的次烟煤或者褐煤干燥。然后，制造具有比以往的煤气化系统中的残留水分量多的规定的水分量的水分量调节煤。具体而言，在热解部28中，通过水分量调节煤中含有的规定量的水分与由水分量调节煤生成的焦油进行化学反应，可以预先调节煤中的水分量，以使焦油不会附着在贯穿孔27内。
然后，从气化烧嘴30向部分氧化部26内的收纳空间26a不供给水蒸气而以规定的比例供给水分量调节煤和含氧气体，并使水分量调节煤燃烧。同时，从气化烧嘴30向热解部28内的贯穿孔27不供给水蒸气而仅供给水分量调节煤。这里，含氧气体是指含有氧的气体，不限于氧气，包括空气、富氧空气。但是，为了不使热解部28中生成的合成气体的发热量降低，作为含氧气体，优选使用氧含量为85%以上的高浓度的氧气。
供至热解部28内的碳和水分均含在水分量调节煤中，通过加热分解从水分量调节煤生成以碳为主成分的焦油、煤焦。另外，水分量调节煤中的水分在热解部28内被加热而变成水蒸气。刚由水分量调节煤生成的焦油、煤焦和水蒸气为混合状态。因此，可以防止如它们由各自的喷嘴供给时那样、水蒸气被供至偏离焦油和煤焦的位置而使它们不能进行反应。
此时，供至热解部28内的水分量调节煤中的水分量利用煤干燥及粉碎设备2调节成焦油与水蒸气发生化学反应而焦油不会附着在贯穿孔27内的量。因此，不会出现在贯穿孔27内附着的焦油的量增加而贯穿孔27堵塞的现象。而且，为了通过使在热解部28内为混合状态的水蒸气、焦油和煤焦更切实地发生反应而不附着焦油，可以使由外部供至热解部28内的水蒸气比以往更少或者不需要，从而促进热解部28内的化学反应。
另外，水分以含在水分量调节煤中的状态供至热解部28。为此，不需要水蒸气喷嘴等将水蒸气供至热解部28的装置，可以使煤气化系统1的制造成本降低。
为了在煤干燥及粉碎设备2中将煤进行干燥，需要用于将煤进行加热的一定的能量。在本实施方式中，将水分含量多的煤在不干燥到以往的煤气化系统中的煤的残留水分量的情况下供至热解部28。而且，通过使水分量调节煤中的水分在热解部28有效地发生反应，可以削减以往使煤干燥所需要的能量的一部分。
此外，通过将水分量调节煤中的水分量设为15%以上，可以进一步促进热解部28中的焦油与水蒸气的反应，使焦油不会附着在贯穿孔27内。
另外，根据条件的不同，有时通过水分量调节煤进行热解而生成的焦油会附着。在这种情况下，本发明人从试验的结果发现，焦油集中附着于热解部28的贯穿孔27中的喷嘴部31的上方D1的规定的位置(例如喷嘴部31的上方D1数百mm左右的位置)。即，将压力测定装置33的第一配管34与部分氧化部26的收纳空间26a连接，并将第二配管35与贯穿孔27的上方D1的端部27a连接。通过如此来构成压力测定装置33，可以防止各配管34、35因焦油而堵塞，切实地测定压力差。
另外，还已知热解部28的贯穿孔27中的喷嘴部31的下方D2的部分也不易附着焦油，因此也可以将第一配管34与该部分连接。
另外，在本实施方式中，当煤气化反应炉4的贯穿孔27内的焦油的附着量可以用工业用内窥镜等其它手段来测定时，可以不具备压力测定装置33。
供至部分氧化部26的水分量调节煤与供至热解部28的水分量调节煤中含有的水分不需要相同。例如，通过准备2系列煤的干燥及粉碎、供给系统设备，可以向部分氧化部26和热解部28供给具有不同水分量的水分量调节煤。由于当供至部分氧化部26的水分量调节煤中的水分过多时，会导致效率降低，因此优选水分量少，由于供至热解部28的水分量调节煤中含有的水分可防止附着物，因此优选水分量多。
(第2实施方式)
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。对与上述第1实施方式相同的部位赋予相同的符号并省略其说明，仅对与第1实施方式不同的方面进行说明。
如图6所示，本实施方式的煤气化系统41除具备第1实施方式的煤气化系统1的各构成外，还具备基于压力测定装置33测得的压力差来调节水分量调节煤中的水分量的控制部42。
控制部42具备未图示出的存储器和演算单元。控制部42与压力测定装置33、干燥部13和粉碎部14的温度传感器电连接。在存储器中存储有图4所示的粉碎部14的温度传感器的温度与从煤干燥及粉碎设备2出来后的水分量调节煤中的水分量的关系式、以及图7所示的用压力测定装置33测定的压力差与将该压力差恢复至通常值所需要的水分量调节煤中的水分量的关系式。
另外，演算单元可以在接收来自压力测定装置33的信号的同时，根据存储器中存储的上述关系式来控制干燥部13。
接着，以干燥部13、煤气化反应炉4以及控制部42为重点对在如上构成的煤气化系统41中因某些原因而在贯穿孔27附着了焦油时的运转方法进行说明。
另外，与上述第1实施方式中的运转方法同样地，当粉碎部14的温度传感器的温度为T0时，将得到的水分量调节煤的水分量设为X0。对通过从喷嘴部3 1供给该水分量调节煤从而使利用压力测定装置33测定的压力差为P0(参照图7)而在贯穿孔不附着焦油的情况下运转煤气化反应炉4的情况进行说明。
在贯穿孔27内附着焦油，用压力测定装置33测定的压力差从如图7所示的P0增大至P1。此时，控制部42的演算单元通过接收来自压力测定装置33的信号而检测到压力差变大。然后，演算单元由存储在存储器中的图7所示的压力测定装置33的压力差与水分量调节煤中的水分量的关系式来算出与压力差P1相对应的水分量X1。进而，演算单元由存储在存储器中的图4所示的温度传感器的温度与水分量调节煤中的水分量的关系式来算出与水分量X1相对应的温度传感器的温度T1。
接着，演算单元控制干燥部13将温度传感器的温度调节至T1。通过如此控制，从煤气化反应炉4的喷嘴部31向热解部28内供给水分量增加至X1的水分量调节煤。由此，附着于贯穿孔27的焦油与水蒸气的反应得到促进，附着的焦油气化而消失。
当用压力测定装置33测定的压力差过大时，用于使附着的焦油气化并消失的时间变长。为此，控制部42进行上述控制优选在用压力测定装置33测定的压力差比通常运转时上升10～30%时开始。
另外，假设用压力测定装置33测定的压力差减小到通常运转时的压力差程度而为P0或者P2(参照图7)。此时，为了将反应速度维持在规定值以上，可以利用演算单元由两关系式算出与压力差P0、P2相对应的温度T0、T2，将温度传感器的温度调节至T0或者T2，使水分量调节煤的水分量减少至X0或者X2。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的煤气化系统41，不需要向热解部28供给水蒸气的装置即可调节供至热解部28的水分量。
此外，当在贯穿孔27内附着了焦油时，用压力测定装置33测定的压力差变大。此时，演算单元可以通过利用煤干燥及粉碎设备2使水分量调节煤的水分量增加而进一步促进焦油与水蒸气的化学反应，使附着在热解部28的贯穿孔27内的焦油气化。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细描述，但具体的构成不限于该实施方式，也包含不脱离本发明主旨的范围的构成的变更等。
例如，在上述第1实施方式和第2实施方式中，根据煤气化反应炉4的运转条件，认为有供至部分氧化部26的水分量调节煤中的水分量多于部分氧化部26所需要的水蒸气的量的情况。在这种情况下，在煤干燥及粉碎设备2中，制造含有适于供至热解部28的水分量的煤和水分量少于该煤的部分氧化部26用的煤这2种。然后，也可以以将这2种煤分别供至部分氧化部26和热解部28的方式来构成。
实施例1
使用上述煤气化系统1，使部分氧化部26内的温度为1300℃，使从气化烧嘴30供至部分氧化部26内的水分量为18%的水分量调节煤、含氧气体(本实施例中为氧气)的流量分别为650(kg/h)、345(Nm3/h)。未向部分氧化部26供给水蒸气。
另外，干燥装置使用图3所示的兼作粉碎机的装置，将煤进行干燥和粉碎以达到10μm以上且100μm以下的粒状。
可知：在该条件下，当从喷嘴部31向热解部28供给水分量为18%的水分量调节煤150(kg/h)且不供给水蒸气时，焦油不附着于贯穿孔27。
这样，在本发明的实施例的煤气化系统1中，即使不设置水蒸气喷嘴和水蒸气供给泵等装置，也能够防止焦油的附着而稳定地运转，作为装置整体可制成紧凑的设备构成。
另外，作为比较例，向部分氧化部26内供给煤(水分量为5%)561(kg/h)、含氧气体(本比较例中为氧气)345(Nm3/h)、水蒸气89(kg/h)。另外，从喷嘴部31向热解部28供给水分量为5%的煤130(kg/h)和水蒸气22(kg/h)。在这种情况下，可知焦油不会附着于贯穿孔27。但是，需要水蒸气喷嘴、水蒸气供给泵等装置，与实施例1相比，装置整体大型化，设备成本也增大了。
实施例2
使用上述煤气化系统1，用第一配管34和第二配管35测定部分氧化部26内与热解部28的压力差。然后，向部分氧化部26内供给水分量为10%的煤606(kg/h)、含氧气体(本实施例中为氧气)330(Nm3/h)。另外，从喷嘴部31向热解部28内供给水分量为12%的水分量调节煤136(kg/h)并进行了运转。另外，干燥装置使用图3所记载的兼作粉碎机的装置，将煤进行干燥和粉碎以达到10μm以上且100μm以下的粒状。
其结果是，从操作开始起约20小时后，部分氧化部26内与热解部28的压力差开始上升。当压力差上升为上升前的约20%的时，使粉碎部14的出口气体温度从65℃降低到45℃。其结果是，水分量调节煤中含有的水分量以质量比计变为18%。然后，当该水分量调节煤开始投入到反应器中时，确认到部分氧化部26内与热解部28的压力差降低、大致恢复到压力差上升前的水平。
以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。在不脱离本发明主旨的范围内，可以进行构成的附加、省略、置换、及其它变更。本发明不限于上述说明，仅限于添附的权利要求书的范围。
产业上利用的可能性
根据该煤气化系统和煤气化方法，不需要向上部反应容器供给水蒸气的装置即可调节上部反应容器内的水蒸气量。
符号说明
1、41  煤气化系统
2    煤干燥及粉碎设备(干燥装置)
4     煤气化反应炉
26    部分氧化部(下部反应容器)
26a   收纳空间
27    贯穿孔
28    热解部(上部反应容器)
28a   缩径部
30    气化烧嘴(烧嘴部)
33    压力测定装置(压力测定部)
42    控制部
D     上下方向
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种煤气化系统，其具备：
使煤干燥来制成具有规定的水分量的水分量调节煤的干燥装置；
使所述水分量调节煤燃烧来生成氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉；
测定所述喷嘴部的下方的炉内压力与所述上部反应容器上部的炉内压力之差的压力测定部；和
基于利用所述压力测定部测得的压力差来控制所述干燥装置以调节所述煤中含有的水分量的控制部，
所述煤气化反应炉具有：
下部反应容器；
设在所述下部反应容器的上方且与所述下部反应容器连通的上部反应容器；
向所述下部反应容器供给所述水分量调节煤和含氧气体并使所述水分量调节煤燃烧的烧嘴部；以及
向所述上部反应容器供给所述水分调节煤的喷嘴部。
2.(删除)
3.(修改后)一种煤气化系统，其具备：
使含有以质量比计为20%以上的水分的次烟煤或者褐煤干燥以使它们具有规定的水分量而制成水分量调节煤的干燥装置；
通过使所述水分量调节煤燃烧来至少制造氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉；和
控制所述干燥装置以调节所述煤具有的水分量的控制部，
所述煤气化反应炉具有：
在内部形成有收纳空间的下部反应容器；
设在所述下部反应容器的上方的上部反应容器；和
压力测定部，其测定所述上部反应容器的贯穿孔中的所述喷嘴部的下方的部分的内压或者所述下部反应容器的收纳空间的内压、与所述贯穿孔的上方的端部的内压之间的压力差，
所述下部反应容器具有：向所述下部反应容器不供给水蒸气而以规定的比例供给所述水分量调节煤和含氧气体、并使所述水分量调节煤燃烧的烧嘴部，
所述上部反应容器具有：
介由缩径部与所述下部反应容器的所述收纳空间连通并沿上下方向延伸的贯穿孔；和
向所述上部反应容器不供给水蒸气而仅供给所述水分量调节煤的喷嘴部，
所述规定的水分量设定成通过由所述水分量调节煤生成的水蒸气与焦油发生化学反应而使焦油不会附着在所述贯穿孔内的量，
所述控制部基于所述压力测定部测得的所述压力差来控制所述干燥装置。
4.根据权利要求3所述的煤气化系统，其中，所述规定的水分量相对于所述水分量调节煤以质量比计为15%以上且40%以下。
5.(删除)
6.(修改后)一种煤气化方法，其是使用权利要求3或4中任一项所述的煤气化系统的煤气化方法，其具备下述工序：
干燥工序，其中基于上部反应容器的贯穿孔中的所述喷嘴部的下方的部分的内压或者所述下部反应容器的收纳空间的内压、与所述贯穿孔的上方的端部的内压之间的压力差来控制所述干燥装置，使所述次烟煤或者褐煤干燥以具有规定的水分量来制成所述水分量调节煤；以及
化学反应工序，其中从所述烧嘴部向所述下部反应容器不供给水蒸气而供给所述水分量调节煤和含氧气体，并使所述水分量调节煤燃烧，同时从所述喷嘴部向所述上部反应容器仅供给所述水分量调节煤并使所述水分量调节煤发生化学反应。
7.根据权利要求6所述的煤气化方法，其中，所述化学反应工序使由所述水分量调节煤生成的焦油与所述水分量调节煤中含有的水分被加热而生成的水蒸气发生化学反应来至少制造一氧化碳气体和氢气。
8.(删除)
9.(删除)

Claims (9)

1.一种煤气化系统，其具备：
使煤干燥来制成具有规定的水分量的水分量调节煤的干燥装置；和
使所述水分量调节煤燃烧来生成氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉，
所述煤气化反应炉具有：
下部反应容器；
设在所述下部反应容器的上方且与所述下部反应容器连通的上部反应容器；
向所述下部反应容器供给所述水分量调节煤和含氧气体并使所述水分量调节煤燃烧的烧嘴部；以及
向所述上部反应容器供给所述水分调节煤的喷嘴部。
2.根据权利要求1所述的煤气化系统，其进一步具备：
测定所述喷嘴部的下方的炉内压力与所述上部反应容器上部的炉内压力之差的压力测定部；和
基于利用所述压力测定部测得的压力差来控制所述干燥装置以调节所述煤中含有的水分量的控制部。
3.一种煤气化系统，其具备：
使含有以质量比计为20%以上的水分的次烟煤或者褐煤干燥以使它们具有规定的水分量而制成水分量调节煤的干燥装置；和
通过使所述水分量调节煤燃烧来至少制造氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉，
所述煤气化反应炉具有：
在内部形成有收纳空间的下部反应容器；和
设在所述下部反应容器的上方的上部反应容器，
所述下部反应容器具有：向所述下部反应容器不供给水蒸气而以规定的比例供给所述水分量调节煤和含氧气体、并使所述水分量调节煤燃烧的烧嘴部，
所述上部反应容器具有：
介由缩径部与所述下部反应容器的所述收纳空间连通并沿上下方向延伸的贯穿孔；和
向所述上部反应容器不供给水蒸气而仅供给所述水分量调节煤的喷嘴部，
所述规定的水分量设定成通过由所述水分量调节煤生成的水蒸气与焦油发生化学反应而使焦油不会附着在所述贯穿孔内的量。
4.根据权利要求3所述的煤气化系统，其中，所述规定的水分量相对于所述水分量调节煤以质量比计为15%以上且40%以下。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的煤气化系统，其中，所述煤气化反应炉具有压力测定部，所述压力测定部测定所述上部反应容器的贯穿孔中的所述喷嘴部的下方的部分的内压或者所述下部反应容器的收纳空间的内压、与所述贯穿孔的上方的端部的内压之间的压力差；
且所述煤气化系统具备控制部，所述控制部基于所述压力测定部测得的所述压力差来控制所述干燥装置以调节所述煤具有的水分量。
6.一种煤气化方法，其是使用权利要求3至5中任一项所述的煤气化系统的煤气化方法，其具备下述工序：
干燥工序，其中使所述次烟煤或者褐煤干燥以具有规定的水分量来制成所述水分量调节煤；以及
化学反应工序，其中从所述烧嘴部向所述下部反应容器不供给水蒸气而供给所述水分量调节煤和含氧气体，并使所述水分量调节煤燃烧，同时从所述喷嘴部向所述上部反应容器仅供给所述水分量调节煤并使所述水分量调节煤发生化学反应。
7.根据权利要求6所述的煤气化方法，其中，所述化学反应工序使由所述水分量调节煤生成的焦油与所述水分量调节煤中含有的水分被加热而生成的水蒸气发生化学反应来至少制造一氧化碳气体和氢气。
8.一种煤气化方法，其具备下述工序：
使煤干燥以含有规定量的水分来制成含有规定量的水分的水分量调节煤的工序；
向煤气化反应炉的下部反应容器供给所述水分量调节煤和含氧气体的工序；
在所述下部反应容器内部使所述水分量调节煤燃烧来生成高温气体的工序；
向所述煤气化反应炉中与所述下部反应容器连通的上部反应容器供给所述水分调节煤的工序；以及
利用从所述下部反应容器流入所述上部反应器的所述高温气体将供至所述上部反应容器的所述水分调节煤进行加热的工序。
9.根据权利要求8所述的煤气化方法，其中，作为所述煤，使用次烟煤、褐煤中的至少任一种。
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