JP2001059091A - 気流層石炭ガス化装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭ガス化装置を安定に運転する。 【解決手段】 石炭等の微粉固体炭素質原料を酸化剤と
ともにガス化炉１５に供給するバーナを上下２段に分け
て設置した石炭ガス化装置において、下段バーナ１３に
供給する原料と、上段バーナ１２に供給する原料を互い
に独立した系統で供給するように構成し、下段バーナ１
３には灰分の多い石炭を、上段バーナ１２には灰分の少
ない石炭を、夫々供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭に代表される微
粉固体炭素質原料を酸素、空気等の酸素含有ガスを酸化
剤にしてガス化する気流層石炭ガス化装置とその運転方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭等の固体炭素質原料をガス化する炉
には、固定層、流動層、気流層等の各方式が種々提案さ
れている。これらの方式の中で、気流層方式は原料を微
粉にして酸素、空気等の酸素含有ガス（酸化剤）と共に
原料灰の溶融温度以上の高い温度（約1300〜1600℃）の
炉内に供給してガス化し、灰分を有害成分の溶出がない
スラグに変換させるため、他の方式に比較しガス化効率
が高い、適用炭種が広い、環境適合性が優れている等の
特徴を有している。そのため、複合発電、燃料電池等の
燃料及び合成ガス等の原料製造に適しており、国内外で
積極的に開発が進められている。なお、高ガス化効率が
得られる気流層ガス化法については例えば特開昭59―17
6391号公報に開示されている。

【０００３】一般的な石炭ガス化装置は、大きく分ける
と、ガス化炉本体と、該ガス化炉本体に原料石炭及び酸
化剤を供給する設備と、生成されたガスを精製する設備
に分けられる。

【０００４】ガス化炉本体には、酸化剤と原料石炭を併
せて炉内に供給するバーナが、上下２段に分けてそれぞ
れ複数個設置されている（上段バーナと下段バーナ）。

【０００５】ガス化炉本体に原料石炭及び酸化剤を供給
する設備は、前記上段バーナ及び下段バーナに原料石炭
を供給する設備と、同じく前記上段バーナ及び下段バー
ナに酸化剤を供給する設備に分けられ、原料石炭を供給
する設備は、第１の弁を介して微粉固体原料供給管に接
続された中間ホッパと、この中間ホッパの下方に第２の
弁を介して接続された加圧ホッパと、加圧ホッパの底部
に接続された原料フィーダと、原料フィーダの出側に接
続された原料供給管と、原料供給管の上流端に接続され
た原料搬送用ガス管と、原料供給管の下流端に接続され
流入する原料を前記上段バーナ及び下段バーナの数に分
配する分配器と、分配器と前記上段バーナ及び下段バー
ナを個別に接続して分配された原料を各バーナに搬送す
る複数の原料搬送管と、を含んで構成されている。

【０００６】前工程の微粉砕機により微粉砕された石炭
等の微粉固体炭素質原料は前記微粉固体原料供給管を通
り中間ホッパへ貯蔵される。その後第１の弁を閉じ、該
中間ホッパを少なくともガス化炉の圧力以上に加圧した
後第２の弁を開けて該該中間ホッパ内の原料を加圧ホッ
パへ供給する、いわゆるロックホッパ型式で原料フィー
ダへ送り、原料フィーダで所定の量に制御して窒素等の
搬送ガスとともに原料供給管を経て分配器へ送る。分配
器でバーナの数に等配分された原料は原料搬送管を通り
上段バーナ及び下段バーナそれぞれへ送られ、酸素、空
気等の酸化剤供給管から上段、下段の各バーナに供給さ
れる酸化剤とともにガス化部内へ供給され、高温、高圧
下においてガス化される。

【０００７】原料中の可燃分は一酸化炭素及び水素に富
むガスに変換されて後流の熱回収部等に送られ、灰分は
溶融スラグとなって該ガス化炉底部の冷却部へ落下させ
て水砕スラグとして炉外へ排出される。

【０００８】ところが、一部のスラグ及び未燃炭素分を
含んだ固形物は生成ガスと同伴し、ガス化炉壁や熱回収
部内に設置されている伝熱管に付着、成長してガス化炉
の安定な運転を阻害する。このため、ガス化部の下部に
設置された下段バーナからは供給する原料に対して酸化
剤の量を多く供給し、原料中の灰の融点以上の温度とし
て灰を溶融スラグにして内壁に飛散させ、炉底部に落下
させる。一方ガス化部の上部に設置された上段バーナか
らは供給する原料に対して酸化剤の量を少なく供給し、
灰の融点以下の温度として灰をスラグに変換させずガス
と同伴させる。上記の運転方法を考慮した、効率よくか
つ安定にスラグを炉下部へ排出する原料供給方法として
は例えば特開平3-21696号公報、特開平2-202993号公報
等に開示されている。特開平3-21696号公報に開示され
た事例は、下段バーナには反応性の劣る低粘結性の石炭
を、上端バーナにはボタン指数の高い石炭をそれぞれ供
給している。また、特開平2-202993号公報に開示された
事例は下段バーナには灰の融点の低い石炭を、上段バー
ナには灰の融点の高い石炭をそれぞれ供給している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが先に示す事例
では、低粘結性の石炭あるいは低融点の石炭を供給して
原料中の不燃分を溶融スラグに変換したとしても、ガス
化部壁面へ付着しなければ該スラグは炉底部の水を満た
した冷却部に落下せず、生成ガスと共に飛散する。した
がって後流の水冷壁や伝熱管に飛散したスラグが付着、
成長し、ひいては配管を閉塞させて安定な運転ができな
くなる。

【００１０】本発明の目的は、石炭ガス化装置を安定に
運転するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等はスラグの付
着に及ぼす未燃炭素分の影響を調査した。該調査では、
灰分量の異なる石炭を同一の酸化剤／石炭比によりガス
化させ、生成ガスの組成を分析すると共に未燃飛散物を
採取して灰分を分析して、供給炭素のうちガス化した炭
素の割合を示すカーボンガス化率を算出した。該分析結
果から、供給した石炭に含まれる灰が全て飛散したと仮
定し飛散粒子の炭素分の分析値を使ってガス化しなかっ
た炭素の割合を算出してカーボンガス化率を（１）式の
ように算出し、（２）式で示される生成ガスの炭素分の
分析値から計算したカーボンガス化率と比較した。

【００１２】 飛散粒子の分析から計算したカーボンガス化率Ａ Ａ＝１−ガス化しなかった炭素の割合 ＝１−飛散粒子中炭素量／供給石炭中炭素量 （１） 生成ガスの分析から算出したカーボンガス化率Ｂ Ｂ＝生成ガス中炭素量／供給石炭中炭素量 （２） 図３に生成ガスの分析値から計算したカーボンガス化率
Ｂと飛散粒子の分析値から計算したカーボンガス化率Ａ
の関係を示す。本来ならば、生成ガス分析値から計算し
たカーボンガス化率と飛散粒子の分析値から算出したカ
ーボンガス化率は等しい。ただし、高温の炉内でガス化
が起こり灰分がスラグに変換されて炉壁へ捕捉される
と、未燃分と共に飛散する粒子に含まれる炭素分は見か
け上高い値となって（１）式に示した飛散粒子の分析値
から計算したカーボンガス化率Ａは見かけ上小さくな
り、生成ガスの分析値から計算したカーボンガス化率Ｂ
とずれが生じる。図３において灰分が約２％のＫ炭で
は、飛散粒子側の分析から計算したカーボンガス化率Ａ
は生成ガスの分析から計算したカーボンガス化率Ｂと等
しい。これは、飛散物中の炭素割合が高いため、スラグ
は炉壁に捕捉されることなく炉外へ飛散したことを意味
する。ところが、灰分が約１０％のＳ炭では、カーボン
ガス化率が高い場合には飛散物中の炭素割合は低いため
スラグは炉壁に捕捉されて全量飛散せず、その結果飛散
粒子中の炭素分割合が見かけ上高くなって生成ガスの分
析から計算したカーボンガス化率と一致しなかった。す
なわち、灰分の少ない石炭は灰分の多い石炭に比べてス
ラグの付着が抑制されることを明らかにした。すなわ
ち、低融点あるいは低粘結性の石炭であっても、適当な
炭素分をもつ石炭でない限りスラグの付着を抑制するこ
とはできない。本発明は飛散物中に含まれる炭素のスラ
グ付着抑制作用を活かしてスラグを安定に流下させ、か
つ付着性の低い飛散物を生成させるものである。

【００１３】すなわち、溶融したスラグの壁面等への付
着が、未燃炭素分によって抑制される。従って同一の酸
素／石炭比の酸化剤を供給した場合、灰分の多い石炭の
方が灰分の少ない石炭に比べスラグに対する未燃炭素分
の割合が少なく、炭素によるスラグの付着抑制作用は小
さい。このため、下段バーナに灰分の多い石炭を供給す
ると、付着が促進されたスラグが発生するため壁面に捕
捉されて炉底部に流下するスラグが多くなる。一方、上
段バーナに灰分の少ない石炭を供給すると、付着が抑制
されたスラグが発生するため後流の炉壁や伝熱管等への
付着が少なくなる。

【００１４】本発明は、上記の知見に基づいて、下段バ
ーナに灰分の多い石炭を、上段バーナに灰分の少ない石
炭を、それぞれ供給することによって、上記の目的を達
成するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
用いて説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１に本発明の実施の形
態１である石炭ガス化装置の概略構成図を示す。図示の
装置は、底部にスラグ冷却部１９を備え、その上方にガ
ス化部１４を備えてなるガス化炉１５と、ガス化炉１５
の頂部に接続されて生成ガスを取出す生成ガス取出し管
１６と、スラグ冷却部１９の底部に接続されてスラグを
排出するスラグ排出管２０と、前記ガス化部１４の壁面
を貫通して上下２段に分けて各複数個装着された上段バ
ーナ１２及び下段バーナ１３と、上段バーナ１２に微粉
固体原料を供給する上段バーナ原料供給系統と、下段バ
ーナ１３に微粉固体原料を供給する下段バーナ原料供給
系統と、を含んで構成され、上段バーナ１２及び下段バ
ーナ１３には、それぞれ酸化剤を供給する酸化剤供給管
１１が接続されている。

【００１７】上段バーナ原料供給系統は、微粉固体原料
供給管１に弁５を介して接続された中間ホッパ２と、中
間ホッパ２の下方に配置され該中間ホッパ２の底部に弁
６を介して接続された加圧ホッパ３と、加圧ホッパ３の
底部に接続されて微粉固体原料を指定された流量で送り
出す原料フィーダ４と、原料フィーダ４に搬送ガス注入
部を介して接続された原料供給管８と、前記搬送ガス注
入部に接続されて搬送ガスを供給する原料搬送用ガス配
管７と、原料供給管８の下流端に接続された分配器９
と、分配器９と各上段バーナ１２を個別に接続する上段
バーナ１２の数だけの原料搬送管１０と、を含んで構成
されている。

【００１８】下段バーナ原料供給系統は、同様に、微粉
固体原料供給管３１に弁３５を介して接続された中間ホ
ッパ３２と、中間ホッパ３２の下方に配置され該中間ホ
ッパ３２の底部に弁３６を介して接続された加圧ホッパ
３３と、加圧ホッパ３３の底部に接続されて微粉固体原
料を指定された流量で送り出す原料フィーダ３４と、原
料フィーダ３４に搬送ガス注入部を介して接続された原
料供給管３８と、前記搬送ガス注入部に接続されて搬送
ガスを供給する原料搬送用ガス配管３７と、原料供給管
３８の下流端に接続された分配器３９と、分配器９と各
下段バーナ１３を個別に接続する下段バーナ１３の数だ
けの原料搬送管４０と、を含んで構成されている。

【００１９】図からわかるように、原料供給系統は、上
段バーナ１２への原料供給と、下段バーナ１３への原料
供給が、互いに独立して行えるように構成されている。

【００２０】以下、本実施の形態の動作を説明する。

【００２１】灰分の多い石炭を微粉砕して微粉固体原料
供給管３１より中間ホッパ３２に供給し、ロックホッパ
式で加圧ホッパ３３を経て原料フィーダ３４に送り、原
料供給管３８、分配器３９、原料搬送管４０を通して下
段バーナ１３に供給する。下段バーナ１３に供給された
微粉石炭は、酸化剤供給管１１より送られた酸化剤と共
にガス化部１４内へ供給される。

【００２２】一方、微粉固体原料供給管１からは、灰分
の少ない石炭を微粉砕したものが中間ホッパ２に供給さ
れ、ロックホッパ式で加圧ホッパ３を経て原料フィーダ
４に送り、原料供給管８、分配器９、原料搬送管１０を
通して上段バーナ１２に供給される。上段バーナ１２に
供給された微粉石炭は、酸化剤供給管１１より送られた
酸化剤と共にガス化部１４内へ供給される。

【００２３】下段バーナ１３からは灰分の多い石炭が供
給されるため付着性の良いスラグが生成され、内壁に効
率よく捕捉されて炉下部のスラグ冷却部１９へ流下され
る。一方上段バーナ１２からは灰分の少ない石炭が供給
されるため付着性の悪いスラグが生成され、後流の炉壁
や伝熱管への付着が抑制されてガス化炉の閉塞によるト
ラブルもなく安定に運転可能である。

【００２４】（実施の形態２）図２に本発明の実施の形
態２を示す。本実施の形態は図１に示す実施の形態１と
以下のことが異なる。本実施の形態では、微粉固体原料
供給管３１、弁３５及び中間ホッパ３２を設けず、中間
ホッパ２と加圧ホッパ３３を弁３６を介装した原料供給
管５１で接続している。他の構成は実施の形態１と同じ
であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【００２５】本実施の形態の動作は次の通りである。微
粉砕された灰分の多い石炭を微粉固体原料供給管１より
中間ホッパ２へ貯蔵した後弁５を閉じ、該中間ホッパ２
を少なくともガス化炉１５の圧力以上に加圧する。加圧
した後、弁３６を開けて中間ホッパ２内の微粉砕された
灰分の多い石炭を加圧ホッパ３３へ供給し、弁３６を閉
じる。加圧ホッパ３３へ貯蔵した微粉石炭を原料フィー
ダ３４を用いて原料供給管３８を通して分配器３９へ送
り、配分された微粉石炭を原料搬送管４０により下段バ
ーナ１３へ供給してガス化部１４に投入する。

【００２６】加圧ホッパ３３に貯蔵された灰分の多い微
粉石炭をある程度消費した後、灰分の少ない微粉石炭を
ライン１より中間ホッパ２へ貯蔵し、弁５を閉じて加圧
し、弁６を開けて加圧ホッパ３へ供給する。該加圧ホッ
パ３へ貯蔵した微粉石炭を原料フィーダ４を用いて原料
供給管８経由分配器９へ送り、原料搬送管１０経由上段
バーナ１２へ供給してガス化部１４へ投入する。

【００２７】本実施の形態によれば、図示されていない
微粉固体原料供給管１の前流の石炭粉砕設備を複数個設
置する必要がなく、コストの低減が可能である。下段バ
ーナ１３からは灰分の多い石炭が供給されるため付着性
のよいスラグが生成し、内壁に効率よく捕捉されて炉下
部へ流下される。一方上段バーナからは灰分の少ない石
炭が供給されるため付着性の悪いスラグが生成し、後流
の炉壁や伝熱管への付着が抑制されてガス化炉の閉塞に
よるトラブルもなく安定に運転可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、石炭ガス化装置を安定
に運転できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である石炭ガス化装置の
概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態１である石炭ガス化装置の
概略構成図である。

【図３】飛散粒子の分析値から計算したカーボンガス化
率と、生成ガスの分析値から計算したカーボンガス化率
の関係を、石炭中の灰分の違いをパラメータにして示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 微粉固体原料供給管 ２ 中間ホッパ ３ 加圧ホッパ ４ 原料フィーダ ５ 弁 ６ 弁 ７ 原料搬送用ガス配管 ８ 原料供給管 ９ 分配器 １０ 原料搬送管 １１ 酸化剤供給管 １２ 上段バーナ １３ 下段バーナ １４ ガス化部 １５ ガス化炉 １６ 生成ガス取出し管 １７ スラグ １８ スラグ １９ スラグ冷却部 ２０ スラグ排出管 ３１ 微粉固体原料供給管 ３２ 中間ホッパ ３３ 加圧ホッパ ３４ 原料フィーダ ３５ 弁 ３６ 弁 ３７ 原料搬送用ガス配管 ３８ 原料供給管 ３９ 分配器 ４０ 原料搬送管 ５１ 原料供給管 ５２ 原料供給管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭等の微粉固体炭素質原料を酸化剤と
   ともにガス化炉に供給するバーナを上下２段に分けて設
   置した石炭ガス化装置において、下段バーナに供給する
   原料と、上段バーナに供給する原料を互いに独立した系
   統で供給するように構成した原料供給手段を備えたこと
   を特徴とする気流層石炭ガス化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の石炭ガス化装置におい
   て、前記原料供給手段は、下段バーナには灰分の多い石
   炭を、上段バーナには灰分の少ない石炭を夫々供給する
   ものであることを特徴とする気流層石炭ガス化装置。
3. 【請求項３】 石炭等の微粉固体炭素質原料を酸化剤と
   ともにガス化炉に供給するバーナを上下２段に分けて設
   置した石炭ガス化装置を運転する方法において、下段バ
   ーナに灰分の多い石炭を供給し、上段バーナに灰分の少
   ない石炭を供給することを特徴とする気流層石炭ガス化
   装置の運転方法。