JP2003155486A

JP2003155486A - 石炭ガス化方法

Info

Publication number: JP2003155486A
Application number: JP2001355082A
Authority: JP
Inventors: Kunio Miyazawa; 邦夫宮澤; Toshihiko Okada; 敏彦岡田; Takashi Yokoyama; 敬横山; Kenji Matsubara; 健次松原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融塩を利用して石炭をガス化するに際に生
じる廃棄物を、緩効性珪酸カリ肥料として有効利用する
ことができる。【解決手段】溶融塩を利用して石炭をガス化する石炭
ガス化方法において、カリウムを含む溶融塩を使用し、
前記溶融塩中のカリウムと前記石炭の灰分中の珪酸とを
結合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、石炭ガス化方
法、特に、溶融塩を利用して石炭をガス化するに際に生
じる廃棄物を、緩効性珪酸カリ肥料として有効利用する
ことができる石炭ガス化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭のガス化方法には、（１）固
定床ガス化法、（２）流動床法、（３）噴流床ガス化
法、（４）溶融床ガス化法が知られている。以下、これ
らの方法の概略を説明する。

【０００３】（１）の固定床ガス化法は、火格子上に石
炭を投入し、空気等のガス化剤を炉底部供給して、石炭
が火格子上に堆積している間にガス化する方法である。（２）の流動床法は、下方からの空気で流動状態となっ
ている砂等で形成される層、すなわち、流動媒体中に石
炭粒子を投入し、粒子の活発な混合接触状態の中で石炭
をガス化する方法である。（３）の噴流床ガス化法は、微粉化した石炭を空気等の
気流搬送により炉内に供給し、高温下で反応させてガス
化する方法である。（４）の溶融床ガス化法は、高温の溶融体に石炭とガス
化剤とを吹き込んで、高温状態で石炭を酸化してガス化
する方法であり、この方法については、後で詳細に説明
する。

【０００４】上記石炭のガス化方法の中で（４）の方法
は、（１）から（３）の方法にはない下記特徴を有して
いるので、石炭のガス化に適している。

【０００５】（１）原料石炭は、全く炭質の制限がな
く、また、粒度の制限も緩いので、安価な原料を用いる
ことができる。（２）硫黄分は、生成ガス中に混入せず、ガス化中にス
ラグとなるので、簡単な処理で回収できる。（３）タール、チャーおよびダストが副生しない。（４）ガス化の起動、停止が容易であり、負荷変動が自
在である。

【０００６】以下に、溶融床ガス化装置の一例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【０００７】図３は、従来の溶融床ガス化装置を示す模
式図である。

【０００８】図３において、１は、石炭ロックホッパ
ー、２は、ガス化炉、３は、燃焼炉、４は、炭酸ナトリ
ウムロックホッパー、５は、灰除去装置である。燃焼炉
３は、石炭をガス化する際の熱源兼触媒となる溶融炭酸
塩を製造する。溶融炭酸塩としては、例えば、炭酸ナト
リウムが使用される。

【０００９】このように構成されている、溶融床ガス化
装置においては、以下のようにして、石炭がガス化され
る。

【００１０】石炭ロックホッパー１内の石炭粒がガス化
炉２内に装入されると、石炭は、ガス化剤としての水蒸
気と反応（水性ガス反応）して、一酸化炭素と水素とを
含む合成ガスが生成される。ガス化炉２内には、燃焼炉
３から溶融炭酸ナトリウムが装入され、これがガス化炉
２内での水性ガス反応に必要な熱源となると共に、その
触媒作用によって水性ガス反応が促進される。ガス化炉
２内には、必要に応じて、酸素が供給される。また、溶
融炭酸ナトリウムは、水蒸気により溶融水酸化ナトリウ
ムに変換する。

【００１１】一方、炭酸ナトリウムロックホッパー４内
の炭酸ナトリウムは、燃焼炉３内に装入され、ガス化炉
２内から装入される溶融炭酸ナトリウムの一部を熱源と
して溶融する。燃焼炉３内の溶融炭酸ナトリウムの温度
は、燃焼炉３内に装入される空気あるいは酸素により溶
融炭酸ナトリウム中に残存する炭素を燃焼させることに
よってさらに高められる。燃焼炉３内において水酸化ナ
トリウムに分解したものは、燃焼炉３内に吹き込まれた
空気中の二酸化炭素と反応して炭酸ナトリウムに戻さ
れ、この炭酸ナトリウムは、ガス化炉２に循環供給され
る。

【００１２】ガス化炉２内の溶融炭酸ナトリウムの一部
は、継続的にガス化炉２内から抜かれ、灰除去装置５に
よって灰分が除去された後、燃焼炉３内に循環供給され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにして、石
炭のガス化が行われるが、この際、廃棄物として灰除去
装置５から排出される灰分は、ナトリウム分を含んでい
るので、その処分が難しく、安易に埋め立て等の処分を
行えない。

【００１４】本願発明者等は、上述の問題点を解決すべ
く、鋭意研究を重ねた。その結果、上記溶融床ガス化方
法において、石炭ガス化の際の熱源兼触媒として使用さ
れる溶融炭酸塩として、炭酸ナトリウムに変え、これと
同様な熱源兼触媒作用を有するカリウムを含む炭酸塩を
使用すれば、廃棄物として灰除去装置から排出される灰
分を、緩効性珪酸カリ肥料として有効利用することがで
きるといった知見を得た。

【００１５】なお、炭酸カリウムは、炭酸ナトリウムに
比べて、若干コスト高であるものの、石炭粉との接触効
率が高く、その分、ガス化炉２内での水性ガス反応効率
が高まるといった利点を有している。

【００１６】灰除去装置から排出される灰分が緩効性珪
酸カリ肥料となる理由は、以下の通りである。

【００１７】石炭の灰分は、通常、石炭中に５〜２０％
含有されており、灰分の組成は、ＳｉＯ₂：４０〜７５
％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５〜３５％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２〜２０％、
ＣａＯ：１〜１０％であり、大部分は、珪酸（Ｓｉ
Ｏ₂）である。この珪酸とカリウム（Ｋ）とが高温下で
結合して生成される珪酸カリ、例えば、（Ｋ₂Ｏ・ｎＳ
ｉＯ₂）は、水に溶解し難い結晶質あるいはガラス質で
ある。従って、この緩効性珪酸カリ肥料は、通常の化成
肥料、硫安、燐酸二アンモン、塩化カリ等のような速効
性肥料に比べて、雨水等により溶出しにくく、肥料効果
が持続する効果を有している。

【００１８】なお、上記珪酸カリが肥料として優れてい
ることは、２０００年、１２月発行のＮＫＫ技報Ｎｏ．
１７２、第３４〜３８頁に記載されている。また、上記
珪酸カリが水に溶解し難い肥料であることは、１９９５
年発行の日本土壌肥料科学雑誌、第６６巻、第１号、第
１７〜２１頁に記載されている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記知見に
基づきなされたものであって、下記を特徴とするもので
ある。

【００２０】請求項１記載の発明は、溶融塩を利用して
石炭をガス化する石炭ガス化方法において、カリウムを
含む溶融塩を使用し、前記溶融塩中のカリウムと前記石
炭の灰分中の珪酸とを結合させて、緩効性珪酸カリ肥料
を副生させることに特徴を有するものである。

【００２１】請求項２記載の発明は、溶融塩として、炭
酸カリウムを使用することに特徴を有するものである。

【００２２】請求項３記載の発明は、ガス化剤の一部に
二酸化炭素を使用することに特徴を有するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、この発明の石炭ガス化方法
の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

【００２４】図１は、この発明の石炭ガス化方法を実施
する溶融床ガス化装置を示す模式図である。

【００２５】図１において、１は、石炭ロックホッパ
ー、２は、ガス化炉、３は、燃焼炉、４は、炭酸塩ロッ
クホッパー、５は、灰除去装置である。燃焼炉３は、石
炭をガス化する際の熱源兼触媒となる溶融炭酸塩を製造
する。炭酸塩としては、カリウムを含むものであれば、
炭酸カリウム以外に水酸化カリウムを使用しても、ある
いは炭酸カリウムおよび水酸化カリウムの両方を使用し
ても良い。

【００２６】このように構成されている、この発明の溶
融床ガス化装置においては、以下のようにして、石炭が
ガス化される。

【００２７】石炭ロックホッパー１内の石炭粒がガス化
炉２内に装入されると、石炭は、ガス化剤としての水蒸
気と反応（水性ガス反応）して、一酸化炭素と水素とを
含む合成ガスが生成される。ガス化炉２内には、燃焼炉
３から、溶融炭酸カリウムおよび水酸化カリウムの溶融
塩が装入され、これがガス化炉２内での水性ガス反応に
必要な熱源となると共に、その触媒作用によって水性ガ
ス反応が促進される。必要に応じて、ガス化炉２内に
は、酸素が供給される。また、水蒸気との反応により炭
酸カリウムは、水酸化カリウムに変換する。

【００２８】一方、炭酸塩ロックホッパー４内の炭酸カ
リウムおよび水酸化カリウムは、燃焼炉３内に装入さ
れ、ガス化炉２内から装入される溶融塩の一部を熱源と
して溶融する。燃焼炉３内の溶融塩の温度は、燃焼炉３
内に装入される空気あるいは酸素により溶融塩中に残存
する炭素を燃焼させることによってさらに高められる。
燃焼炉３内において水酸化カリウムに分解したものは、
燃焼炉３内に送り込まれた空気中の二酸化炭素と反応し
て炭酸カリウムに戻され、この炭酸カリウムは、ガス化
炉２に循環供給される。なお、ガス化炉２には、石炭の
他、廃プラスチックを装入しても良い。

【００２９】ガス化炉２内の溶融塩の一部は、継続的に
ガス化炉２内から抜かれ、灰除去装置５によって灰分が
除去された後、燃焼炉３内に循環供給される。

【００３０】灰除去装置５からの灰分は、雨水等により
溶出し難い緩効性珪酸カリ肥料となり、有効利用され
る。

【００３１】このように、灰除去装置５からの灰分は、
緩効性珪酸カリ肥料として有効利用されるので、石炭ガ
ス化の際の熱源兼触媒として炭酸ナトリウムを使用した
場合のように、灰分処理の問題は全く生じない。

【００３２】なお、ガス化炉２内にガス化剤として二酸
化炭素を吹き込めば、ガス化の原料となり、石炭と反応
して合成ガスとなる。

【００３３】以上は、溶融床ガス化法による石炭のガス
化を、ガス化炉と燃焼炉との二塔方式により行った場合
であり、この方法は、溶融塩の温度を高めるための燃焼
に空気を使用できることと、燃焼により生じた二酸化炭
素が合成ガスに混入しない利点を有する。しかし、装置
の大型化は避けられない。そこで、装置の小型化を図っ
た一塔方式があるが、この発明は、この一塔方式にも適
用できることは言うまでもない。

【００３４】一塔方式とは、図２に示すように、ガス化
炉と燃焼炉とを一体化してガス化兼燃焼炉６としたもの
であり、ガス化兼燃焼炉６内は、隔壁７を介してガス化
側と燃焼側とに分離されている。隔壁７には、連通孔７
Ａが上下に形成されていて、溶融塩がガス化側と燃焼側
との間を循環流動する。これによって、二塔方式の場合
と同様に石炭のガス化が行われると共に、灰除去装置５
からの灰分を緩効性珪酸カリ肥料として有効利用するこ
とができる。

【００３５】

【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。

【００３６】図１に示す二塔方式によって、以下のよう
にして石炭をガス化すると共に、緩効性珪酸カリ肥料を
得た。図１に、このときの温度、装入量、成分量等を併
せて示す。

【００３７】先ず、粒径１〜１０ｍｍの石炭を石炭ロッ
クホッパー１内に装入し、この粒状石炭を圧力３５ａｔ
ｍの水蒸気によりガス化炉２まで搬送した。ガス化炉２
内には、ＫＯＨおよびＫ₂ＣＯ₃の溶融塩をほぼ１０００
℃の温度に保持しておき、石炭と同時に水蒸気を若干の
酸素と共に導入した。ガス化炉２からは、ＣＯ：５２．
２％、Ｈ₂：３３．４％、ＣＨ₄：２．５％を含む約２７
００ｋｃａｌ／Ｎｍ³の合成ガスが排出された。ガス化
炉２の底部から溶融塩を含んだ灰分を抜き出し、これを
灰除去装置５に装入した。そして、灰除去装置５から緩
効性珪酸カリ肥料を得た。

【００３８】灰除去装置５は、ＫＯＨあるいはＫ₂ＣＯ₃
の水溶液にて成分中のＫＯＨおよびＫ₂ＣＯ₃を溶解して
珪酸カリウムを含んだ灰分を除去するものであった。Ｋ
ＯＨおよびＫ₂ＣＯ₃は、炭酸塩ロックホッパー４から燃
焼炉３に装入した。また、ガス化炉２から溶融塩が燃焼
炉３に自重により落下し、溶融塩中に含有される石炭分
を空気によって燃焼させた。燃焼炉３内で燃焼して搬出
されるＣＯ₂は、溶融塩のＫＯＨに吸収されて除去され
た。燃焼炉３は、１０１０℃に保持された。燃焼炉３か
らは高温高圧の水蒸気によってガス化炉２に溶融塩が搬
送された。

【００３９】以上のことから、この発明によれば、石炭
のガス化が行われると共に、緩効性珪酸カリ肥料を得る
ことができることが分かった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、溶融塩を利用して石炭をガス化する石炭ガス化方法
において、カリウムを含む溶融塩を使用し、前記溶融塩
中のカリウムと前記石炭の灰分中の珪酸とを結合させる
ことによって、従来、廃棄物として処理されていたガス
化炉からの灰分を緩効性珪酸カリ肥料として有効利用す
ることができるといった極めて有用な効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の石炭ガス化方法を実施する二塔方式
溶融床ガス化装置を示す模式図である。

【図２】一塔方式溶融床ガス化装置を示す模式図であ
る。

【図３】従来の溶融床ガス化装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１：石炭ロックホッパー２：ガス化炉３：燃焼炉４：炭酸塩ロックホッパー５：灰除去装置６：ガス化兼燃焼炉７：隔壁７Ａ：連通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山敬東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者松原健次神奈川県川崎市川崎区南渡田町１番１号日本鋼管テクノサービス株式会社内Ｆターム(参考） 4H061 AA01 BB53 BB55 FF06 GG23 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融塩を利用して石炭をガス化する石炭
ガス化方法において、カリウムを含む溶融塩を使用し、
前記溶融塩中のカリウムと前記石炭の灰分中の珪酸とを
結合させて、緩効性珪酸カリ肥料を副生させることを特
徴とする石炭ガス化方法。
【請求項２】溶融塩として、炭酸カリウムを使用する
ことを特徴とする、請求項１記載の石炭ガス化方法。
【請求項３】ガス化剤の一部に二酸化炭素を使用する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の石炭ガス化
方法。