JPH02147692A - 流動層ガス化方法及び流動層ガス化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流動層を用するガス化方法及びガス化炉に関
するものである。

〔従来の技術〕

石炭ガス化炉は、１９２０年代から１９５０年代にかけ
て移動層部、流動層炉、気流南部と相欠すで実用化され
た。その後もそれぞれのガス化方式について多くのガス
化炉の開発が行われたが、現在でもなお実用炉として稼
働しているのは、移動ノー炉のＬｕｒｇｉと気流南部の
Ｋｏｐｐｅｒｓ　−ＴＯ℃ｚｅｋ　Ｐを数えるにすぎな
い。最近性たに気流南部の’ｊ’ｅｘａｃｏ　炉がこの
中に加わろうとしている。

〔発ＢＡが解決しようとする問題点〕

従来流動層炉が使用できる石炭は、０５〜５鱈の粉炭と
されてきた。これより大きいと流動化を阻害するし、こ
れより小さいと完全にガス化されないまま未反応チャー
として生成ガスに同伴して炉外へ飛散してしまう。

これを防ぐためこれまでの流動層炉では、石炭と炉に投
入する前の前処理として、石炭をあらかじめ粉砕機等を
用いて破砕・整粒することが不可欠の賛累であった。こ
の前処理により、所定の粒径範囲に入らない石炭は利用
できず、石炭の歩留りをるる程度犠牲にせざるを得なか
った。

このような破砕設備は、設備費用、運転費用、あるいは
保守費用がかさみ、関連作業の手間を要し、設備のため
の設置スペースを要するといった欠点を有するばかりで
なく、運転中の異物のかみ込みによる機械部品の損傷や
動力の上昇に起因して破砕設備が停止し、さらには炉の
運転自体を停止せねばならないといった重大な支障を招
く場合があった。

また、従来の流動層では、層内金体を活発な流動化状態
で均一に保とうとしたため、生成ガスに同伴して炉外へ
飛散する未反応チャーの量が多く、高いガス化効率を得
られなかった。飛散チャーをサイクロン等の捕集装Ｕ１
ｔを用いて分離・回収し、ガス化炉に供給しても、再び
未反応の′１ま池数じてしまい、いたずらに捕集装置の
負荷を増すのみで、ガス化効率を改善するまでには至ら
なかった。こうした現象は粉化する性質量有する石炭は
ど著しかった。

さらに従来の流動層炉では、ガス化原料である石炭自身
全流動媒体としたために１供給量とのバランスがとれず
流動層高が不安定となったり、アッシュ主体の流動層に
変じたときに粒径の細かさからバブリングを生じて石炭
とガス化剤との接触が悪くなる等、運転操作に支障を来
すことがめった。

一万、ガス化炉の規模について見ると、各方式と４現在
運転中のもので５００〜１０００　ｔ／ａが最大級であ
り、これより大容量のものは未だに実現されていない。

発電用の微粉炭燃焼炉がｓ　ｏ　ｏ　ｏ　ｔ／ａクラス
の規模であるのに比べ、また、石炭ガス化の将来の市場
規模から５０００〜５　ｏ　ｏ　ｏ　ｔ／ａが適正規模
であること金力えれば、スケールブラダの問題はいかに
も大きいと言わざるを得ない。

流動Ｊ一方式のこのような問題点を解決するために、深
層流動層や二段流動層ガス化或は高温化による灰の凝集
化等が試みられているが、何れについてもなお次のごと
き欠点を有するものでめった。

■　これは流動層炉に限らずあらゆる方式に共通してい
るが、石炭などのガス化原料を、炉に投入する前の前処
理として破砕・整粒を行なうことが不可欠であり、破砕
設備に関する諸々の費用、手間或はスペース上の損失の
みならず、破砕設備の運転中のトラブルのために、炉の
運転に支障を来すことがある。またこうした前処理のた
めに、所足の粒径範囲に入らない石炭は利用できず、石
炭の歩留りはある程度犠牲にせざるをえなかった。

■　石炭粒子の層内滞留時間を長くとろうとした深層流
動層は、チャー飛散の問題の解決にあまりＭ効ではなか
った。また深層流動層は、炉高を高くするとともに、炉
の重ｔを増し、さらには炉壁からの熱損失を大きくする
結果となった。

■　二段流動層ガス化は、下段炉にて下段炉からのチャ
ーを燃焼させ、そこで生じた高温の燃焼ガスを下段炉に
導き、下段炉に供給された石炭の乾留を行なうというも
のであり、メタン嬢度の割合に高いガスが得られるのが
特徴である。下段炉でタールを生成しないためには１０
００℃近い温度を必要とするが、これに必要な熱量を下
段炉におけるチャーの燃焼でまかなうのはかなり難しい
操作を伴う。

燃焼速度を上げようと温度金高くすれば、当然灰の浴融
の問題が生じる。しかし最近の報告では、こうした問題
もめる程度克服され、かなジ高いガス化効率が出るよう
になってきている。ただし上下の二段炉となることによ
り、深層流＃層以上に炉高が高く、装置が複雑になる問
題がおる。

■　高温化による灰の凝集排出は、排出口の構造並びに
条件が非常に難しく、未反応の石炭粒子を同伴してしま
う問題を生じている。

本発明は、こうした従来の欠点を除き、有用な流動層ガ
ス化方法及びガス化炉を提供することを目的とするもの
である。

〔問題点ｔｌ−解決するための手段〕

本発明は、ガス化炉の炉底部より上方に向けて噴出せし
めた流動化ガスにより、流動媒体を流動化して形成せし
めた流動層により、石炭等をガス化する流動層ガス化方
法において、前記流動層は、水平面断面が矩形状の流動
Ｉ＠室内に保持され、前記流動化ガスは、中央部よりも
両側縁部が低く形成されているガス分散機構から噴出せ
しめられ、前記流動化ガスの質量速度を、前記炉底の中
央部付近におけるよりも、該中央部の両側の両側縁部に
おいて、より大となし、該両側縁流動層の上方において
、両側縁部の流動化ガスの上向き流路をさえき゛す、か
つｆの中央に向けて転向せしめ、炉底の中央部には、流
動媒体が沈降する移動層を形成し、両側縁部には流動媒
体が活発に流動化している両側縁流動層を形成し、前記
流動媒体を、前記移動層内で沈降せしめ、該移ｍＪＷＩ
の下部で前記両側縁部に移行せしめ、前記両りＩｔＩＩ
縁流＃／−内で上昇せしめ、該両側縁流動層上部で前記
転向する流動化ガスによシ前記移動層の頂部に向けて転
向せしめて、炉内を循環せしめつつ前記移動層に石炭等
を供給して該石炭のガス化を行なわしめることを特徴と
する流！ｉｂＮガス化方法。

〔具体例〕

本発明を、酸素とスチームをガス化剤として用いて石炭
をガス化する場合について説明する。

第１図は、流動層ガス化炉を用いた石炭ガス化のフロー
の一例である。サイロ１に貯留された石炭は、供給袋［
２によりガス化炉３に定量供給される。−万酸素とスチ
ームの混合ガスからなるガス化剤は、熱交換器５により
予熱された後に、流動化ガスとしてガス化炉５に供給さ
れ、石炭と反応する。

ガス化炉５にて生成したガスは、二段のサイクロン４に
よジガス中に會まれる固形物を分離する。−段目のサイ
クロンで分離された固形物中には、未反応チャーが含ま
れるので、再びガス化炉３に供給される。二段目のサイ
クロンで分離された固形物は灰として排出され、ホッパ
ー９に貯留される。生成ガスは熱交換器５により降温し
、次いで水洗浄塔６により冷却・洗浄された後に、アル
カリ洗浄塔７により硫化水素の除去を行なう。こうして
精製された生成ガスは、ガスホルダー８に貯留される。

なおガス洗浄設備から出る廃水は廃水処理設備１ｏに供
給され、無害化処理される。

ガス化炉５について説明する。

第２図に示すごとく、ガス化炉５の炉底部には流動化用
のガス化剤の分散板２０が備えられている。分散板２０
は両側は部が中央部より低く、炉の中心線３６に対して
ほぼ対称な山形断面状に形成されている。両１１１１１
縁邪には不燃物及び灰分排出口５０が接続され、５２．
５５のスクリューコンベアにより、粗大な不燃物が流動
媒体とともに排出きれる。

予熱された酸素とスチームの混合ガスからなるガス化剤
は、分散板２０から炉内に噴出し、類Ｐｒ壁２４に轟た
って垂直面内の旋回流となり、珪砂などの流動媒体をこ
れに沿って動かしめて旋回流動層５５が形成される。さ
らに後述するように炉内中央に下降移動層５４が形成さ
れ、この下降移＠ｌ＠５ａ及び旋回流動層５５によって
石炭は短時間にガス化反応を完結させるため、粉砕・整
粒を行なわなくとも流動化を阻害することなく高いガス
化効率を得ることが出来る。

予熱された酸素とスチームの混合ガスからなるガス化剤
は、導入部の室２１．２２．２３を経て分散板２０から
上方に噴出せしめられている。両側縁部の室２１．２５
から噴出するガス化剤の質量速度は流動層を形成するの
に十分な大きさを有するが、中央部の室２２から噴出す
るガス化剤の質量速度は前者よりも小さく選ばれている
。例えば室２１．２５より噴出する流動化ガスの質量速
度は４〜２００ｍｆ　１好ましくは６〜＋　２　（）ｍ
ｆでおるのに対し、室２２より噴出する流動化ガスの′
Ｘ債速度けｏ、５〜５Ｃ）ｍｆ。

好ましくは１〜２．５　Ｃ）ｍｆ　Ｋ選ばれる。ここで
１Ｇｍｆは流動化開始賃貸速度である。

中央部の室２２から噴出する流動化ガス中の酸素濃度は
、両側縁部の室２ｉ２５から噴出する流動化ガスよりも
低いか、あるいけスチームのみとしてもよい。

室の数は５以上の任意の数が選ばれる。多数の場合でも
、流動化ガスの質ｉ４速度は中心に近すものを小、両側
縁部に近いものを大となるようにする。両１ＭＩＩ縁部
の室２１．２３の直上に流動化ガスの上向き流路全さえ
ぎり、流動化ガスを炉中央に向けて反射転向せしめる反
射壁として傾斜壁２４が設けられている。傾斜壁２４の
上側は、傾斜壁２４と反対の傾斜を有する傾斜面２５が
設けられ、流切媒体が堆積するのを防ぐようになってい
る。

炉内天井部２７には、供給装置２の出口５１に連なる石
炭投入口２８が、中央部の室２２に対応するように設け
られている。

ガス化炉５の原理につき説明する。通常の流！ＩＬＩＩ
Ｉ層においては、流動媒体は沸騰している水のこと＠激
しい流動状態を形成しているが、室２２の上方の流動媒
体は弱い流動状態にある移動層５４を形成する。この移
動層５４の幅は、上方は狭いが、裾の方は分散板２０の
傾斜の作用も相まってやや広がっており、そこでは室２
１゜２３からの大きな質量速度のガス化剤の噴射を受け
、流動化され上方に吹き上げられる。こうして裾の流動
媒体が除かれるので、室２２の直上の流動媒体のノーは
自重で降下する。この屑の上方には、後述のごとく旋回
流を伴う流動層５５からの流動媒体が補給される。これ
を繰り返して室２２の上方の流動媒体は、弱い流動状態
の下降移動層３４全形成する。室２１．２３上に移動し
た流動媒体は流動化され上方に吹き上げられるが、傾斜
壁２４によＱ反射転回して炉の中央に向いて旋回し、前
述の下降移動層５４の頂部に移動し、徐々に降下し、移
動層３４の裾に至って流動化され再び吹き上がって循環
する。

一部の流動媒体は、旋回流として流動層３５の中で旋回
循環する。

このような流動状態のガス化炉３に、石炭投入口２日か
ら投入された石炭は、下降移動層５４の頂部に落下する
。ここでは流動媒体は側憾部から中央に向かって流れて
いるので、石炭はこの流れに巻き込まれて下降移動層５
４の頂部に容易にもぐり込む。従って、粒径の細かいも
のまでも下降移動層５４の中に取り込むことが出来るの
で、従来の流動層におけるごとく、スクリューフィーダ
により流動層内に直接供給するような機械的トラブルを
招き易い方法を採らなくて済む。また活発な流動化によ
り、生成ガスに同伴して未反応のまま炉外へ飛散するよ
うなことをかなり防ぐことができる。

下降移動層３４の中では、石炭の乾留反応が主体的に、
ガス化反応が部分的に行なわれ、ガスとチャーが生成す
る。ここで生成したガスは上方または水平方向に抜け、
チャーは流動媒体と共に両側は部の流動層部５５へと移
動し、流動化ガスとして供給された酸素とスチームの混
合ガスからなるガス化剤と、部分燃焼をともなうガス化
反応を引き起こす。下降移動層５４の中で生成するガス
は、ガス化剤の質量速度が小さいので、燃焼による損失
を減らすことができる。下降移動層５４と流動層３５に
おいて生成したガスは、層上方のフリーボード部２９に
て混合し、高温雰囲気下でさらにガス化反応が進行する
。下降移動層５４は、流動化が比較的穏やかなので、生
成したチャーのうち粒径がかな！ｌｌ細かいものでも、
通常の流動層のようにガス化されずに飛散するようなこ
とは起らない。例え一部が飛散しても、炉外でザイクロ
ン４により捕集して、再変更に戻せば、比較的容易にガ
ス化することが可能である。このように本ガス化炉では
、前述した二段ガス化ときわめて類似した反応が、移動
層３４と流動層５５に分かれて起きている。

下降移動層５４に数１０ｍ程度の大きな石炭を落下せし
めて供給した場合、これは瞬時に室２２の上まで落下す
るのではなく、下降移動層５４の流動媒体の流れと共に
徐々に降下する。

さらに下降移動層５４と流動層５５を隔てる仕切り壁が
ないので、粒径の大きな石炭でも仕切り壁へ引っかから
ずに、下降移動、「■３４から流動層３５への移動を円
滑に行なうことができ、また流動媒体の流れを阻害する
こともない。

そのため石炭はかなり大きなものでも、下降移ｖＪ層５
４の中で徐々に下降しながら乾留が行なわれ、下降移！
Ｅ！７膚５４９両端に達するころには大半が細片化した
チャーになるので、両側縁部の流動層５５の形成を阻害
することはない。

使って石炭はあらかじめ粉砕機等で破砕・整粒する必要
がなく、破砕設備−式を省略することができるのみなら
ず、破砕プロセスにおけるトラブルにより、ガス化炉の
運転に重大な支障を来すようなことを防ぐことができる
。また移動ＷＩ５４中における反応は、通常の流動層中
に比べれば穏やかに進行するので、大粒径の石炭を供給
しても急速なガス発生による圧力変動を生じたりはしな
い。このため本ガス化炉の運転操作はきわめて容易とな
る。

破砕設備が不要となるため、石炭のように簡単に破砕で
きない廃木材などあバイオマス原料や廃プラスチックを
、ガス化原料として利用することか可能となる。廃木材
は発生量に季節変動があるので、石炭と混合利用するこ
とでガス化原料の多様化・や原料コストの引き下げを図
ることが出来る。また破砕の困難な粗大不燃物金言ひよ
うな、例えば現状でに埋立て処分場れている燃焼不適ご
みを、ガス化原料として用いることもできる。

ガス化炉の能力は下降移動層５４の沈降速度で決まると
考えられる。発明者らの研究によれば、室２２から噴出
する流動化ガスの′Ｘ虐速度が小さすぎると、下降移動
層５４は流動性金欠って堆積を生じ、逆に大きすぎると
活発な流動層となって下降移動層３４は形成されなくな
る。

この間の質量速度では、室２２への流動化ガス檜全増大
すれば、下降移動層５４は流動性を増して沈降速度は大
となる。沈降速度が大であるということは、ｆ＆動媒体
の循環量が大なること全意味し、ガス化能力が増大する
ことになる。

本ガス化炉では、炉内に仕切υ板等の障害物が全くない
ことにより、点検、補修が著しく谷易になる。また流動
層が保持されているガス化炉の水平面断面の形状が矩形
なので、異なる能力のガス化炉を設計するのに、同一断
面で幅のみｆｔ変えれば良く、設計或は製作が容易とな
る。

発明者らの研究によれば、炉幅を大きく変えても流動媒
体の旋回効果はめま９変わらない。

本発明によ＃）１次のごとき実用上極めて大なる効果を
有する、流動層ガス化方法及びガス化炉を提供すること
が出来る。

■　粒径の大きなｙＩ７．科でも、移動層の中で速やか
に拡散し、十分なガス化効率を上げられるので、原料を
あらかじめ破砕・整粒する必要が無くなる。

■　原料の無破砕供給が可能となるため、破砕設備の一
切が不要となり、費用、手間およびスペース上有利にな
るばかジではなく、破砕プロセスにおけるトラブルに起
因して炉が停止する、などの炉の運転に対する重大な支
障が生ずるのを防ぐことが出来る。

■　同じく、炉の上部より原料を落下させるので、従来
の流動層内に直接供給する方法に比べ、供給装置の機械
的トラブルを極力減らすことが出来る。

■　同じく、用いる原料の歩留りを向上させることがで
きる。

■　同じく、石炭と廃木材や廃グラスチックとの混合利
用のようなやり万が可能となり、涼科の多様化や原料コ
ストの引き下げが図れる。

さらに破砕上問題になる不燃物を含むようなものを、ガ
ス化原料として用いることも可能となる。

■　同じく、原料中に含まれる微粉の割合が減り、しか
も移動層の不活発な流動化の中で乾留による微粉化が行
なわれるので、飛散する未反応チャーの量が少なく、従
ってガス化効率を高くできる。例え飛散しても、補集し
た後の再ガス化が比較的容易でめることもカス化効率の
向上につながる。

の　ｌ＃１．動媒体の移動ｊ＠における沈降速度を大と
なし、炉内循環ｉｔ増し、ガス化谷量の増大を図ること
ができる。また、移動層の沈降速度の制御幅を大きくす
ることができる。

■　移動層における反応は比較的穏やかなため、大粒径
の原料が投入されても、圧力変動は小さく、運転操作は
きわめて容易でるる。

■　ガス化炉が一室で、しかも浅層の流動層でるるため
、炉高が低くなり、炉壁からの熱損失金小さく出来る。

また建設費上のメリットも大きい。

［相］　流動媒体に珪砂を用いるため、層高が安定であ
り、原料とガス化剤との接触も良好である。

■　流動層の平面形状が矩形で、炉を幅方向（第２図の
紙面に直角の方向）に延長することにより、流動ノー、
移動層の作動粂件金あまり変えることなく一基の炉の容
ｔを増大することが出来る。

ガス分散機構が、中央部より両側縁部が低く形成されて
いるので、移動ノーの裾における流動媒体の移動が円滑
となり、流動媒体の循■ 環を促進する。また、粗大な不燃物の円滑な排出を可能
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭ガス化のフロー図、第２図に石炭ガス化炉
の断面図８示す。 １・・・サイロ、２・・・供給装置、３・・・ガス化炉
、４・・・サイクロン、５・・・熱交侠器、６・・・水
洗浄塔、７・・・アルカリ洗浄塔、８・・・ガスホルダ
ー　９・・・灰ホッパー　１０・・・廃水処理設備、２
０・・・分散板、２ｉ　２２，２３・・・室、２４・・
・傾斜壁、２５・・・傾斜壁、２６・・・炉壁、２７・
・・天井壁、２８・・・石炭投入口、２９・・・フリー
ボード、３０・・・不燃物排出口、３１・・・供給装置
、５２．５５・・・スクリューコンベア、５４・・・下
降移動層、５５・・・流ｍｌ＠、５６・・・中心線。 ％針山願人　株式会社荏原製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス化炉の炉底部より上方に向けて噴出せしめた流
   動化ガスにより、流動媒体を流動化して形成せしめた流
   動層により、石炭等をガス化する流動層ガス化方法にお
   いて、 前記流動層は、水平面断面が矩形状の流動 層室内に保持され、 前記流動化ガスは、中央部よりも両側縁部 が低く形成されているガス分散機構から噴出せしめられ
   、 前記流動化ガスの質量速度を、前記炉底の 中央部付近におけるよりも、該中央部の両側の両側縁部
   において、より大となし、 該両側縁部の上方において、両側縁部の流 動化ガスの上向き流路をさえぎり、かつ炉の中央に向け
   て転向せしめ、 炉底の中央部には、流動媒体が沈降する移 動層を形成し、両側縁部には流動媒体が活発に流動化し
   ている両側縁流動層を形成し、 前記流動媒体を、前記移動層内で沈降せし め、該移動層の下部で前記両側縁部に移行せしめ、前記
   両側縁流動層内で上昇せしめ、該両側縁流動層上部で前
   記転向する流動化ガスにより前記移動層の頂部に向けて
   転向せしめて、炉内を循環せしめつゝ前記移動層に石炭
   等を供給して該石炭等のガス化を行なわしめることを特
   徴とする流動層ガス化方法。 ２、前記流動化ガスが、空気とスチームとの混合物又は
   酸素とスチームとの混合物である特許請求範囲第１項記
   載の流動層ガス化方法。 ３、前記両側縁部における流動化ガス質量速度が、４〜
   ２０Ｇｍｆである特許請求範囲第１項記載の流動層ガス
   化方法。 ４、前記流動媒体が、珪砂である特許請求範囲第１項記
   載の流動層ガス化方法。 ５、炉内下部に、水平面断面が矩形状の流動層室を備え
   、炉内底部に流動化ガス分散機構を備え、該分散機構は
   、中央よりも両側縁部が低く形成されており、該ガス分
   散機構のうち両側縁部における流動化ガス質量速度を、
   中央部における流動化ガス質量速度よりも大となし、前
   記両側縁部の真上に流動化ガスの上向き流路をさえぎり
   、流動化ガスを炉内中央に向けて反射転向せしめる傾斜
   壁を備え、炉内上部にガス化原料投入口が設けられてい
   ることを特徴とする流動層ガス化炉。 ６、前記ガス分散機構の前記両側縁部に、灰分の排出口
   が接続されている特許請求の範囲第５項記載の流動層ガ
   ス化炉。 ７、前記移動層部に接する炉壁に、ガス化生成物である
   チヤーの供給口が接続されている特許請求の範囲第５項
   記載の流動層ガス化炉。