JP2001214178A - 固体燃料のガス化処理における未燃カーボンの回収方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石油コークス等固体燃料を、上部が燃焼室か
らなり下部が急冷室からなるガス化炉で、部分酸化反応
させてガス化させると共に燃焼室での生成未燃カーボン
を連続して、かつ効率的に回収する新規な方法と装置を
提供する。 【解決手段】 前記燃焼室１１からの未燃焼カーボンを
同伴する生成ガスと溶融スラグを下部の前記急冷室１３
で急冷し、溶融スラグを固化した後、前記急冷室１３の
スラグ排出口１４に連通する第１の湿式式サイクロン２
１に、スラグと未燃カーボンを冷却水と共に導入してス
ラグａを回収し、引続き第２の湿式サイクロン２３に導
入して未燃カーボンｂを回収すると共に、この未燃カー
ボンを回収した後の冷却水を前記急冷室１１に循環させ
る方法及び装置を提供する。また、回収した未燃カーボ
ンは原料固体燃料の湿式粉砕装置２を経由してガス化炉
Ａに循環させることにより、固体燃料の総合的なガス化
効率の向上が望める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油コークス、石
炭またはそれらの混合物からなる固体燃料を水スラリー
としてガス化炉に供給し、部分酸化反応させるガス化処
理に関し、特に、そのガス化処理の際にガス化炉で発生
する未燃カーボンの回収を図る方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上部に燃焼室を有し、下部に冷却
水が張られた発生ガス急冷室を有する竪型ガス化炉を用
い、天然ガス、ナフサ、原油、Ｃ重油、または減圧残渣
油のような重質油、あるいは石炭および石油コークス等
のガス化原料を部分酸化する方法においては、一般に燃
焼室内で生成したガスは急冷室内で冷却され、かつ同伴
する未燃分が洗浄除去された後、急冷室上部の気相部側
壁から抜出され、一方未燃分は、急冷室下部側壁からス
ラリーとして排出されている。

【０００３】上記のガス化原料のうち、天然ガス、ナフ
サ、原油、Ｃ重油または重質油（減圧残渣油等）の場合
は、ガス化反応時の未燃物（主として炭素分）は多少の
増減はあるものの０〜３重量％（対原料中炭素分）程度
で、アッシュ分も石油コークスに比べて断然少なく、ス
ラリー中のアッシュ分を分離して未燃カーボン分のみを
リサイクルするという必要性は少なかった。

【０００４】しかし、例えば石油コークスを原料とする
場合は、残留炭素分が７０〜９０％（減圧残渣油の場合
は一般に２０〜３５％）と高いこと、また揮発分が８〜
１４％（減圧残渣油の場合一般に６５〜７５％）と低い
こと等、ガス化原料としての劣質性により未燃物の発生
率は通常１５重量％前後（対原料中炭素分）であり、上
記重質油等の場合に比べて多くなっている。また、未燃
物は数十〜数百メッシュの粗大粒子が大部分であり、沈
降性の大きい性状をもっている。なお、この未燃物のう
ち炭素分は９０％以上を占めている。

【０００５】石油コークスの部分酸化反応を、前述した
通常のガス化炉を用いて行なうと、残渣油のガス化に比
べて未燃カーボン分の他、原料中のアッシュ分も増加し
急冷室の下部側壁に設けられたアッシュスラリー排出口
から、９０％以上の未燃カーボン分を含むファインスラ
グがスラリーの形で反応系外に排出されることになる。
このスラリーは、熱交換器にて熱交換を行なった後セト
ラーへ供給され、未燃カーボン分とアッシュ分とからな
る固形分と液体分の分離が行なわれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、このガス化炉において生成するガス中には多く
の未燃カーボンが同伴され、この未燃カーボンは、生成
ガスの冷却の際、冷却水に移行して冷却水と共に系外に
排出されるため、有用成分ながら有効に利用されないと
いう問題があり、また、廃水経路を詰まらせるという問
題があった。さらに、ガス化炉の下部に設けられてスラ
グを急冷する急冷室で使用される冷却水を循環使用する
ことにより水資源の有効利用を図る場合においても、循
環水中に未燃カーボンが濃縮され、冷却水の循環に支障
を来たすという問題があった。また、冷却水に溶解した
アッシュ中のＣａ等が冷却水の循環中に経路内でスケー
リングを起こし、冷却水の循環に支障を来すという問題
もあった。さらにまた、急冷室の下方にスラグロックホ
ッパを設けて間欠的にスラグを排出する従来の方法にお
いても、スラグの排出の際、スラグと共に未燃カーボン
を含んだ多量の冷却水がそのまま排出され、未燃カーボ
ンが回収されないという問題があった。

【０００７】本発明は、このような状況に鑑み、ガス化
炉による石油コークス、石炭またはそれらの混合物など
の固体燃料のガス化処理を行うに際して、ガス化炉から
の排出冷却水に含まれ、あるいはガス化炉で使用する循
環冷却水に蓄積される未燃カーボンを連続的に回収して
再利用が図れるようにすることにより、上記の問題点を
解決して固体燃料の総合的なガス化効率の向上を図ると
ともに、ガス化炉の生成ガスに同伴される未燃カーボン
やスラグ分が多い石油コークスや石炭などの固体燃料を
扱う場合において、効率的かつ経済的に実施できる新規
な未燃カーボンの回収方法および装置を提供することを
目的とする。さらに本発明は、未燃カーボン等を連続的
に回収した後の冷却水を循環使用する場合に起こるＣａ
等のスケーリングによる経路の閉塞を防止する新規な未
燃カーボンの回収方法および装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、まず、石油コークス、石炭またはそれ
らの混合物からなる固体燃料を、上部が燃焼室からな
り、下部が冷却水を滞留する水槽部を備える急冷室から
なるガス化炉で部分酸化反応させる固体燃料のガス化処
理における未燃カーボンの回収方法であって、前記燃焼
室からの未燃カーボンを同伴する生成ガスと溶融スラグ
を前記急冷室において冷却水で急冷し溶融スラグを固化
した後、前記急冷室のスラグ排出口に連通する第１の湿
式サイクロンに、スラグを未燃カーボンを同伴する冷却
水と共に導入して該スラグを回収し、引き続き、スラグ
を回収した後の冷却水を前記第１の湿式サイクロンに接
続して設けた第２の湿式サイクロンに導入して未燃カー
ボンを回収すると共に、未燃カーボンを回収した後の冷
却水を前記急冷室に循環させることを特徴とする固体燃
料のガス化処理における未燃カーボンの回収方法を、ま
た、前記第２の湿式サイクロンで未燃カーボンを回収し
た後の冷却水を、熱交換器で冷却した後、前記急冷室に
循環させることを特徴とする固体燃料のガス化処理にお
ける未燃カーボンの回収方法を提供する。

【０００９】本発明は、さらに石油コークス、石炭また
はそれらの混合物からなる固体燃料をガス化炉で部分酸
化反応させる固体燃料のガス化処理におけるガス化炉か
らの未燃カーボンの回収装置であって、前記ガス化炉は
燃焼室の下部に急冷室を設け、該急冷室は前記燃焼室に
連通して垂下する下降管を備えると共に底部にスラグ排
出口を設けてなり、前記急冷室のスラグ排出口に連通し
スラグを回収する第１の湿式サイクロンと、該第１の湿
式サイクロンに接続され未燃カーボンを回収する第２の
湿式サイクロンとを設け、該第２の湿式サイクロンと前
記急冷室とを熱交換器とポンプを介在して接続している
ことを特徴とする固体燃料のガス化処理における未燃カ
ーボンの回収装置を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を、図面によって説明す
る。第１図は本発明方法を実施するために好適な装置を
示す系統図である。第１図において、石油コークス、石
炭またはそれらの混合物などの固体燃料はライン１を通
って湿式粉砕装置２に導入され、そこで水およびガス化
炉Ａから排出されたスラリから後記する第２の湿式サイ
クロン２３を経由して回収された未燃カーボンのスラリ
ーと混合され、石油コークスなどの固体燃料は湿式粉砕
される。以後、固体燃料として、石油コークスを例に説
明する。石油コークスを使用する場合は、石油コークス
中に含まれるアッシュ分は高融点であるため、ガス化の
際にガス化炉の炉壁に付着するという問題があり、この
問題を防止するため、好ましくは、石炭専焼により生じ
たアッシュ分を石油コークスとともに湿式粉砕装置２に
投入して、アッシュの融点を下げ、炉内で溶融スラグを
生成するようにする。なお、固体燃料として石炭を含む
場合は、アッシュ分の投入は不要となる。調整された石
油コークス等の水スラリーは、ライン４を通ってスラリ
ータンク５に送られる。水と石油コークスからなるスラ
リーは、スラリー供給ポンプ７によりライン８を通って
バーナ９に送られ、ライン１０を通ってバーナ９に導入
される高純度酸素（９５モル％以上の酸素）とともにガ
ス化炉Ａの頂部から燃焼室１１に供給されるようになっ
ている。

【００１１】燃焼室１１では、温度１，０００〜１，６
００℃、圧力１〜８５ｋｇ／ｃｍ²、望ましくは温度
１，２００〜１，５００℃、圧力１０〜６５ｋｇ／ｃｍ
²の条件下で操作される。

【００１２】そして、ガス化炉Ａは、炉頂部から供給さ
れた固体燃料スラリを燃焼処理する燃焼室１１の下部に
スロート部１２を介して急冷室１３を設置してある。急
冷室１３は、底部にスラグ排出口１４を設けてある。こ
の急冷室１３の中央部には、前記燃焼室１１のスロート
部１２に接続されて垂下する下降管１５ａを備え、その
周りにドラフトチューブ１５ｂが同軸的に設けられてい
る。

【００１３】燃焼室１１の生成熱ガスはガス化流として
溶融スラグと共に下降管１５ａ内を流下し、下降管１５
ａの下部から押し出され、ドラフトチューブ１５ｂ内で
溢流的に上向流に転じる。

【００１４】また、急冷室１３の下部では冷却水が滞留
状態となり水槽部１３ａを形成する。下降管１５ａはこ
の滞留状態の冷却水により下部が水封状態になるように
してある。急冷室１３内の冷却水の一部はガス洗浄塔Ｂ
からポンプ６により供給される冷却水を冷却水供給管１
６により受け入れて利用するようにしている。

【００１５】燃焼室１１で生成された未燃カーボンは、
溶融スラグおよび生成ガスに同伴されて急冷室１３に至
り、冷却水に移行して冷却水を懸濁させる。この未燃カ
ーボンを懸濁するスラリー状の冷却水を回収するため
に、懸濁状態の未燃カーボンの濃度が高い水槽部１３ａ
の比較的上部位置にカーボンスラリー排出ノズル１８を
設けて、カーボン懸濁スラリーを急冷室１３外に抽出で
きるようにしてもよい。しかしながら、冷却水中に含ま
れるＣａ等は、温度が高いと溶解度が下がり、高温でス
ラリーを抜き出すとラインにスケールが付着しやすく、
長時間の運転には適さないというデメリットがある。本
発明はこのデメリットをも解決するものである。

【００１６】このカーボンスラリー排出ノズル１８によ
り排出されるカーボン懸濁スラリーは、熱交換器３２を
経由してセトラー３０に供給されて未燃カーボンが回収
され、この未燃カーボンは未燃カーボンスラリー循環用
ポンプ３１によりライン３と湿式粉砕装置２を経由して
ガス化炉Ａで再利用に供されるようにしてある。前記急
冷室１３への冷却水の供給量とこの急冷室１３からのス
ラリー状冷却水の排出量はバランスするようにポンプ調
整されているのは勿論である。

【００１７】本発明に係るガス化炉Ａの急冷室１３は、
以上のように構成されており、燃焼室１１からの溶融ス
ラグは、生成ガスと共に、下降管１５ａを通って水槽部
１３ａ内に流下して水砕され、スラグ排出口１４を経
て、冷却水と共にスラグスラリー排出導管２０を経由
し、第１の湿式サイクロン２１に供給される。

【００１８】また、燃焼室１１からのガス化流も流下す
る溶融スラグと共に下向流となって急冷室１３内に導入
される。すなわち、ガス化流は、下降管１５ａ内を流下
し急冷室１３に供給された冷却水により急冷される。そ
して、このガス化流は、冷却を続けながらドラフトチュ
ーブ１５ｂ内を上昇し、急冷室１３上部の排ガス口１７
から排出され、ガス洗浄塔Ｂに供給される。

【００１９】一方、この生成ガス中に含まれた未燃カー
ボンは、急冷室１３におけるガスの流動中に細粒スラグ
の一部と共に冷却水中に移行し、細粒スラグと共に冷却
水中を沈降するようになる。

【００２０】そして、本発明においては、図１に示した
ように、ガス化炉Ａの急冷室１３底部のスラグ排出口１
４をスラグスラリー排出導管２０により、第１の湿式サ
イクロン２１に連通させてあり、この第１の湿式サイク
ロン２１の上部排出口はカーボンスラリー排出導管２２
により第２の湿式サイクロン２３に連通させてあり、ま
た、この第２の湿式サイクロン２３の上部排出口は、熱
交換器２４を介在した排出管２５とポンプ２７を介在し
た冷却水管２６により循環冷却水導入口１９から前記急
冷室１３の下部に連通させるようにし、ポンプ加圧によ
る冷却水の高圧循環路を形成させてある。このため、急
冷室下部とサイクロン、熱交換器、ポンプを経由する循
環ラインは、急冷室上部に較べ低温に保たれる。この循
環ラインの温度が低温になることにより、冷却水中のＣ
ａ等の溶解度が上昇するので、この循環ラインはスケー
ルが付着し難く、長時間の運転が可能となる特長を有す
る。この抗スケーリング性を犠牲にして、熱ロスを少な
くするために、熱交換器２４を設置しないで循環ライン
を高温で運転する方法もある。また、冷却水の循環路を
高圧とすることにより、多量の循環水を少ない動力で循
環できるので、急冷室内の未燃カーボンとスラグを早急
に排出し、急冷室内の閉塞を防止することもできる。そ
して、この熱交換器２４からの排出管２５を分岐させ
て、切換弁２８を介してセトラー２９に接続させるよう
にしている。

【００２１】前記の第１の湿式サイクロン２１と第２の
湿式サイクロン２３は通常の湿式サイクロン形式のもの
が利用でき、急冷室１３のスラグ排出口１４から流出し
たスラグと未燃カーボンで懸濁された冷却水すなわちス
ラグ懸濁スラリーは、ポンプ２７によって吸引された状
態で、第１の湿式サイクロン２１の上部円筒部に対し、
接線方向に圧入状態で導入される。導入されたスラグス
ラリーは旋回運動しながら、コーン部に降下し、その間
にスラリー中のスラグは、遠心力によって周辺部から下
方に向かい、未燃カーボンを含まない粗大スラグ粒子ａ
が濃縮されたスラリーは底部の排出口から連続的に流出
する。一方、粗大スラグ粒子ａを分離した未燃カーボン
を含む大部分のスラリーはサイクロン内部の渦部を上昇
して上部中央の溢流管を経て外部に流出する。

【００２２】この流出スラリーは、比較的軽量の多量の
未燃カーボンを飛灰微粒子と共に含んでおり、カーボン
懸濁スラリーとして前記第２の湿式サイクロン２３に供
給される。この第２の湿式サイクロン２３では、未燃カ
ーボンに遠心力が作用し、底部の排出口から未燃カーボ
ンｂが濃縮されたスラリーが連続的に流出するようにな
る。このスラグａと未燃カーボンｂが除去された第２の
湿式サイクロン２３からの固形分をほとんど含まないス
ラリーは常温より幾分高い温度（例えば、５０〜７０
℃）であるので、熱交換器２４を経由させて常温（例え
ば、４０℃）に冷却した後、冷却水として冷却水管２６
により循環冷却水導入口１９から急冷室１３内に循環的
に導入される。

【００２３】第２の湿式サイクロン２３で回収された未
燃カーボンｂは、前記したカーボンスラリー排出ノズル
１８から排出され回収された未燃カーボンと共に、未燃
カーボンスラリー循環用ポンプ３１によりライン３を経
由してスラリー状態で前記湿式粉砕装置２にリサイクル
され、原料である石油コークス−水スラリーを製造しガ
ス化炉Ａでガス化されることで、最終的に石油コークス
の炭素分の９８％以上がガス化されることになる。

【００２４】上記の湿式サイクロンによる脱スラグ処理
を兼ねた冷却水の循環システムは２段階の湿式サイクロ
ン２１、２３で行うことが必要で、第２の湿式サイクロ
ン２３を省略すると、未燃カーボンが回収できないまま
循環経路内に濃縮化し、管路が閉塞するという問題が生
じる。また、この循環冷却水（スラリー）には、飛灰微
粒子が含まれて濃縮化するので、適宜、切換弁２８を操
作して抜き出し、レーキを備えるセトラー２９に供給し
沈降分離した飛灰微粒子ｃを除去し、飛灰微粒子ｃ除去
後の廃水はさらに廃水処理工程に供するようにする。

【００２５】この湿式サイクロンによる脱スラグ処理に
よれば、脱スラグおよび脱未燃カーボン作業がほぼ連続
的に行われるので操業が容易に行われ、従来のスラグロ
ックホッパを経由した脱スラグ処理の場合のように未燃
カーボンが利用されないまま排出されるということもな
く、また、未燃カーボンで排水経路を詰まらせることな
く、また、循環経路内に蓄積させることなく冷却水の循
環使用ができる等廃棄物ガス化処理システム全体の効率
と経済性を改善することができる。本発明は、ガス化炉
発生ガスに同伴する未燃カーボンやスラグ分が多い場合
においても好適に適用できるものである。

【００２６】脱スラグ処理を兼ねて行う湿式サイクロン
方式による未燃カーボンの回収の方法を、前記の急冷室
の水槽部から直接的にカーボン懸濁スラリーを抽出する
方式に代え、又は付加することによって、さらに未燃カ
ーボンの回収およびそのリサイクル利用が有利に行え、
固体燃料のガス化処理における総合的なガス化効率の向
上が望める。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、湿式サイクロンによ
るスラグの排出過程を利用して未燃カーボンを連続的に
回収できるようにしたから、従来無駄に排出されていた
ガス化炉で発生する未燃カーボンの回収利用が効率的か
つ経済的に行われると共に、石油コークス、石炭または
それらの混合物からなる固体燃料のガス化処理における
総合的なガス化効率の向上が望めるという効果を奏す
る。また、急冷室に係る冷却水の未燃カーボンの濃縮化
やＣａ等のスケーリングによる経路の閉塞等の問題が解
消されて冷却水の循環使用が可能になり、固体燃料のガ
ス化処理が経済的に行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の未燃カーボン回収装置を備える固体燃
料のガス化処理装置を示すフロー図である。

【符号の説明】

Ａ ガス化炉 Ｂ ガス洗浄塔 ２ 湿式粉砕装置 ５ スラリータンク ６ 冷却水用ポンプ ７ スラリー供給ポンプ ９ バーナ １１ 燃焼室 １２ スロート部 １３ 急冷室 １３ａ 水槽部 １４ スラグ排出口 １５ａ 下降管 １５ｂ ドラフトチューブ １６ 冷却水供給管 １７ 排ガス口 １８ カーボンスラリー排出ノズル １９ 循環冷却水導入口 ２０ スラグスラリー排出導管 ２１ 第１の湿式サイクロン ２２ カーボンスラリー排出導管 ２３ 第２の湿式サイクロン ２４ 熱交換器 ２５ 排出管 ２６ 冷却水管 ２７ 循環冷却水用ポンプ ２８ 切替弁 ２９ セトラー ３０ セトラー ３１ 未燃カーボンスラリー循環用ポンプ ３２ 熱交換器 ａ 粗大スラグ ｂ 未燃カーボン ｃ 飛灰微粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/44 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/44 ＺＡＢＺ (72)発明者 吉山 毅 山口県宇部市大字藤曲2575番地 宇部アン モニア工業有限会社内 (72)発明者 山丈 朝教 山口県宇部市西本町１丁目12番32号 宇部 興産株式会社宇部本社内 Ｆターム(参考） 3K061 AA23 AB02 AB03 AC20 BA01 CA08 DA13 DA18 DB12 DB20 FA05 3K065 AA23 AB02 AB03 AC20 BA01 HA02 HA03 HA05 HA07 4D053 AA03 AB04 BA06 BB02 BC01 BD04 DA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石油コークス、石炭またはそれらの混合
   物からなる固体燃料を、上部が燃焼室からなり、下部が
   冷却水を滞留する水槽部を備える急冷室からなるガス化
   炉で部分酸化反応させる固体燃料のガス化処理における
   未燃カーボンの回収方法であって、前記燃焼室からの未
   燃カーボンを同伴する生成ガスと溶融スラグを前記急冷
   室において冷却水で急冷し溶融スラグを固化した後、前
   記急冷室のスラグ排出口に連通する第１の湿式サイクロ
   ンに、スラグを未燃カーボンを同伴する冷却水と共に導
   入して該スラグを回収し、引き続き、スラグを回収した
   後の冷却水を前記第１の湿式サイクロンに接続して設け
   た第２の湿式サイクロンに導入して未燃カーボンを回収
   すると共に、未燃カーボンを回収した後の冷却水を前記
   急冷室に循環させることを特徴とする固体燃料のガス化
   処理における未燃カーボンの回収方法。
2. 【請求項２】 前記第２の湿式サイクロンで未燃カーボ
   ンを回収した後の冷却水を、熱交換器で冷却した後、前
   記急冷室に循環させることを特徴とする請求項１に記載
   の固体燃料のガス化処理における未燃カーボンの回収方
   法。
3. 【請求項３】 石油コークス、石炭またはそれらの混合
   物からなる固体燃料をガス化炉で部分酸化反応させる固
   体燃料のガス化処理におけるガス化炉からの未燃カーボ
   ンの回収装置であって、前記ガス化炉は燃焼室の下部に
   急冷室を設け、該急冷室は前記燃焼室に連通して垂下す
   る下降管を備えると共に底部にスラグ排出口を設けてな
   り、前記急冷室のスラグ排出口に連通しスラグを回収す
   る第１の湿式サイクロンと、該第１の湿式サイクロンに
   接続され未燃カーボンを回収する第２の湿式サイクロン
   とを設け、該第２の湿式サイクロンと前記急冷室とを熱
   交換器とポンプを介在して接続していることを特徴とす
   る固体燃料のガス化処理における未燃カーボンの回収装
   置。