JPH0247193A - 高温高圧粗合成ガス流中の汚染物を変える方法 - 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】 本発明は粉末石炭のような微粉砕固体燃料を酸素含有ガ
スと一緒にバーナを経て反応器またはガス化器に導入し
、そこから高温粗合成ガス流を少量の汚染物質（そのあ
るものは反応器の下流に位置する装置に付着しやすい粘
着性外面を有する粒子の形でありうる）と−緒に排出す
る該固体燃料の部分燃焼方法に関する。

部分燃焼は全部の燃料粒子を、純粋な形でまたは窒素の
輸送流のような他のガスと混合して導入される化学量論
量未満の量の酸素と反応させて燃料を水素と一酸化炭素
に部分酸化することである。

この部分燃焼は燃料を二酸化炭素と水に完全に酸化する
完全燃焼とは異なる。

ガス化器中での粉末石炭の部分燃焼プロセス中に、石炭
の鉱物質は石炭がガス化される時２つの流に分裂する。

生成する溶融スラグはガス化器の底に落下してそこで排
出される。やはり生成するフライアッシュまたはフライ
スラグの軽量粒子はガス化器の頂部を通ってガス冷却器
、熱交換器または廃熱ボイラ（ここでスチームを発生さ
せうる）に管で送られる合成ガス流により運び出される
。

ガス化器からの生成物合成ガスの排出中に、粘着性のフ
ライアッシュ粒子がガス化器からの出口管の壁に沈着し
そこで固化して管をつまらせやすいという問題が生ずる
。更に或場合には粘着性フライアッシュ粒子が冷却器の
フィンまたは管束に沈着して冷却器の効率を低下させる
。いずれの場合も、周期的に装置を清浄化するためにプ
ロセスを中断しなければならず、これはプロセスの所望
の連続運転には受容しえない。

上記問題を解決する試みにおいて、ガス化器からの出口
管の内壁上にガスシールドを形成させて該内壁をそこに
粘着性粒子が付着することがら保護することが以前提案
された。出口管を通って冷却器へ行←生成物ガス流は管
の全長にわたりより冷たいガス鞘で囲まれるであろう。

斯で、管壁付近のガス流中の粘着性粒子はそれらが周囲
の冷たいガス鞘に遭遇した時、それらが壁に行当る前に
アッシュ粒子が固化して粘着性を失う程度に冷却されう
る。その提案によれば、より冷たいガスの保護鞘はガス
化器からの出口管の上流端の環状スリットを経て導入さ
れるべきであった。しかし、或場合には冷却ガスのシー
ルドまたは鞘が早すぎる時期に、粘着性フライアッシュ
粒子の冷却操作に不満足なような撹乱または崩壊される
ことが見出された。

本発明は少なくとも１重量％のアッシュを含有する微粉
砕炭素質燃料を反応器またはガス化器中で部分燃焼して
生成物ガス（主として一酸化炭素と水素）を製造し、該
生成物ガスはそれと一緒に、それが反応器を出る時に、
フライアッシュまたはフライスラグの粘着性粒子、また
はアルカリ金属塩化物、珪素および／またはアルミニウ
ム酸化物または他の鉱物性種からなりうるアッシュ形成
性成分を搬送する前記部分燃焼方法に向けられている。

反応器中で優勢な温度においてアッシュは通常粘着性で
ある。特に、部分燃焼がバーナ炎中で連行ガス化により
行われる場合、ガス化器または反応器中の滞留時間は流
動または移動床法でのガス化に比べて非常に短く、そし
て温度は非常に高い。

本ガス化プロセス中に形成されるアッシュは、反応器中
で優勢な条件、通常１０５０ないし２２００°Ｃの温度
で少なくとも部分的に液体の形である。アッシュ粒子が
完全に液状ではないなら、それらは−般に、少なくとも
部分的に溶融スラグから成るか、または部分的に溶融し
た稠度を有する燃焼生成物または残渣であろう。反応器
の高温度は、プロセス装置中で冷えた時粘着性の形をと
りうる或種他の副生物を気化するに充分である。

本発明の目的は、１２００°Ｃ以上の温度で反応器を出
る合成ガス流出流中に含まれる通常粘着性の粒子の少な
くとも外面を固化させることである。

従って本発明は、実質的に乾燥した粒状石炭と酸素を反
応器のガス化域へ、還元性雰囲気を維持するような石炭
と酸素の比で供給し、そして粗合成ガス（このガスはそ
れと一緒に、固体粒子形の時に反応器の下流の装置に付
着しやすい粘着性外面を有する少なくとも１つの汚染不
純物の少量をも搬送する）を生成することにより、石炭
を高温で部分酸化する合成ガスの製造方法において、−
より低い温度の急冷ガスの流をより高い温度の合成ガス
流中に、実質的に反応器を出る直後に注入して粘着性汚
染粒子を冷却することにより、反応器からの合成ガスの
流出流により運ばれる汚染物の粘着性粒子の粘着性を低
下させる段階；および 一汚染粘着性粒子を含む合成ガスと注入された急冷ガス
の結合混合物を、実質的に眞直な導管を通して乱流条件
下に、結合流を充分に混合して粒子の少なくとも外面の
粘着性を下流装置を妨害しない形に低下させるに充分な
時間流すこと、により特徴付けられる前記製造方法を提
供する。

本発明に従って、反応器からの排出管の第１セクシヨン
を形成する管の長い眞直な急冷セフシランを備えるのが
望ましい。この点における生成物ガスの温度は例えば１
４００°Ｃでありうる。数百度冷却された生成物ガスの
流がプロセス中の選ばれた点から再循環されそして急冷
ガスとして反応器排出管の急冷セクションの上流端に注
入される。冷たい急冷ガスを熱い反応器流出流と、それ
が急冷セクションに入る時に混合し、そして混合物を充
分な長さの眞直な急冷セクションを通して乱流条件下に
流すことにより、熱い合成生成物ガスおよびそれにより
運ばれる粘着性粒子はより冷たい急冷ガスと充分に混合
され、それにより溶融または粘着性粒子が“′凍結”ま
たは少なくとも粒子の外面が下流装置または配管の壁に
付着しない程度に非粘着性になることを可能にする。

従って本発明は ａ）　　１０５０°Ｃないし約２２００″Ｃの温度で合
成ガスを製造する石炭ガス化のための少なくとも１つの
ガス化器または反応器を含み、該ガス化器は酸素と混合
される乾燥粒状石炭を利用するに適合しそしてスチーム
および水との間接熱交換に適合した熱交換面を有する石
炭ガス化プラント；ｂ）ガス化器のガス排出口に装着さ
れそしてそれと流通連絡し、より低い温度の急冷ガスを
注入して乱流条件下に熱い流出合成ガスおよびそれによ
り運ばれる粒子と混合しうる長い眞直な冷却または急冷
セクションまたは導管；Ｃ）　該ガス化器とガス流通連
絡する少なくとも１つの熱交換器を含み、該熱交換器は
ガスおよびそれにより運ばれる粒子を更に冷却するに適
合した少なくとも１つのセグメントを含む熱交換セクシ
ョン； ｄ）　該熱交換器と流通連絡し、そして該合成ガスから
実質的にすべての粒子および１１□Ｓのような種々の不
純物ガスおよび他の汚染物を除去する手段を含むガス浄
化セクション；およびｅ）　急冷セクションへ再循環す
るための低下した温度および低下した粒子含量の急冷ガ
スの源、を含む合成ガス発生コンビナートでの使用に設
計される。

特に本発明は ａ）　乾燥粒状石炭および酸素をガス化域に供給するこ
とにより高温で石炭を部分酸化し、ガス化域は好ましく
は石炭酸化のための少なくとも１つのバーナを含み、石
炭と酸素に比は還元雰囲気を維持するようなものであり
、そして約１０５０’Ｃないし約２２００°Ｃの温度を
有する粗合成ガスを製造し、そして該ガス化域中の該合
成ガスから、約１００℃ないし約３５０°Ｃの温度のス
チームおよび水との間接熱交換により熱を除去し；ｂ）
　粗合成ガスおよびそれにより運ばれる粘着性粒子を該
ガス化域からの排出管の上流端に形成された長い眞直な
急冷室に通し； Ｃ）　冷却急冷ガスを該急冷室に注入して冷却急冷ガス
を熱い合成ガスと乱流条件下に混合して粘着性粒子の少
なくとも外面を非粘着性状態に変え； ｄ）　段階Ｃ）からの粗合成ガスを当該技術分野で周知
の適当な形の熱交換域に通し、そして該合成ガスおよび
それにより運ばれる粒状物質から熱を除去し；そして ｅ）　該粗合成ガスから粒子を除去し、実質的に粒子の
ない合成ガスを製造し、該ガスの一部は再循環して急冷
室に注入するに適合する、諸段階を含む合成ガスの製造
方法を提供する。

本発明の有利なり様では粗合成ガスは少量の気化した鉱
物質をも含有しそして該還元段階は急冷ガスが注入され
る合成ガス流より低い温度の急冷ガスの或容量の注入に
より気化鉱物質を凝縮することを含む。

本発明の他の有利な態様では急冷ガス流を粗合成ガス流
中にその外周のまわりの複数の点で注入して該ガス注入
域で合成ガスおよびそれにより運ばれる粘着性粒子の熱
い流のまわりにより冷たい急冷ガスの鞘を形成させる。

本発明の更に他の有利な態様では急冷ガスは下流点から
取られた、少量のより低い温度の汚染不純物の固体粒子
を含む合成ガスであり、該粒子は反応器を出る流出粗合
成ガス流中の不純物の少なくとも１つと同じ組成のもの
である。

ガス化器シェル中で発生するスチームは熱交換域へ通す
ことができ、そこで過熱されて次の利用のために送るこ
とができる。ガス化は約１０５０’Ｃないし約１６５０
°Ｃのガス化器出口温度を有する合成ガス製造に適当な
技術を利用して実施しうる。

或種流動床酸化器はここで述べた条件下でそのようなガ
ス温度を生ずることができるけれども、本方法は有利に
は少なくとも１つのバーナを含むガス化器で実施される
。そのような方法は有利には、乾燥粒状石炭、即ち約１
０％以下の含水率を有する石炭の酸素での燃焼を含むで
あろう、或場合には燃焼を助けるためにスチームを添加
することができる。使用する石炭の型は重要ではないが
、亜炭または褐炭のような低級石炭を使用しうろことが
本発明の一利点である０石炭の含水率が高すぎて上記要
件に合致しないなら、石炭は使用前に乾燥されるべきで
ある。雰囲気は酸素の水分およびアッシュを含まない石
炭に対する重量比を約０．６ないし１．２特に０．９な
いし１．０の範囲に調節することにより還元性に維持さ
れるであろう。用いられる装置および手順の特定的詳細
は本発明の要部を形成するものではないが、米国特許第
第４．３５０，１０３および４，４５８．６０７号明細
書に記載されているものを用いうる。しかし、必要な高
温度の点からみて、インコネルおよびインコロイ８００
、即ち高クロム−モリブデン鋼のような適当な構造材料
を長い交換器寿命のために過熱の役目に使用すべきであ
る。ここに記載した有利な手順を実施することにより、
または述べた有利な構造的面を利用することにより、前
記のように、送り管または装置に付着および／または閉
塞するかもしれない粘着性物質の粒子を含まない合成ガ
ス流が得られることが本発明の利点である。

用いられる装置の個々の型は、述べた制限内で、臨界的
でない。本発明の鍵は、既述のように、個々の型の石炭
ガス化技術またはプラクテイスと清浄な送り配および装
置および改善されたエネルギー効率を達成する操作また
は構造の賢明な統合である。用いる圧力は臨界的でなく
、当該技術分野の熟達者は、特定された温度が与えられ
れば、本発明の種々の装置中の適当な圧力水準を提供す
ることができる。

本発明を例として添付図面を参照してより詳細に記載す
る。

図はプロセスフロー型を略図的に表したもので、特殊化
されたガス化器とガス化器中で生じた粘着性物質の粒子
を実質的に除去するための装置の効率的統合を説明する
。以下それに関する記載で特定した値はすべて計算され
たか、または単に説明的である。

第１図を参照して、乾燥粒状石炭（平均粒子寸法約３０
ないし５０ミクロンおよび含水率約１０重量％以下）を
ライン（１）を経てガス化器（３）のバーナ（２）へ供
給する。明快のため、１つだけのバーナ（２）を示しで
ある。ガス化器（３）は垂直長方形容器、例えばバーナ
域で円筒形でほぼ円錐形または凸面の上および下端を有
するものであることができ、そして冷却流体循環用の周
囲の膜壁構造（４）により画定される。有利には、一般
に円筒形の反応器壁は、互いに“膜°“または曲仮によ
り隔てられた複数の熱交換管を含み、咳管はそれらの末
端で水のような熱交換流体の連続流のために連結され、
そしてまた該流体のための多数の入口／出口を当該技術
分野で周知の仕方で有する。付随的に、酸素をライン（
５）を経てバーナ（２）に導入し、酸素の水分およびア
ッシュを含まない石炭に対する重量比は例えば約０．９
である。燃焼は約２２００°Ｃの炎温度を生じ、ガス化
器の出口のガス温度は約１２５０°Ｃないし約１４５０
°Ｃである。ガス化器および出口温度の調節は膜壁構造
（４）中の冷媒により助けられる。スラグは出口（１ａ
）で排出される。

不純物を伴う熱粗合成ガスは選ばれた長さの眞直な長い
急冷ライン（８）を通ってガス化器（３）を出、該角、
冷ラインの内部は、粗合成ガスおよびそれにより運ばれ
る不純物がプロセス中の適当な点からライン（６）を通
るより冷たい合成ガスにより急冷される急冷室を形成す
る。急冷ガスは１４０°Ｃないし約５４０°Ｃでありう
る。急冷ライン（８）は熱回収のためジャケットをつけ
てもよい（図解されてないカリ、急冷されたガスは次に
冷却器または熱交換器（７）へ送られる。熱交換器（７
）は有利には多セクシヨン交換器であり、急冷された合
成ガスは管中の流体により冷却される。

熱交換器（７）の低温セクションで約３１５’Ｃないし
１４０°Ｃの温度に冷却された粗合成ガスはライン（４
）を経て清浄化セクション０ωまたは固体分離器へ送ら
れ、そこで粒子およびＨ，Ｓのような種々の不純物ガス
が除去されうる。ガス浄化の詳細は本発明の要部を形成
しない、浄化作用に要するスチームは全プロセスにより
発生するものから供給しうる。

精製された合成ガスはセクション０５）からライン０′
７）へ出、そして使用の用意ができている。乾燥固体不
純物は出口（１７ａ）で排出される。

第２図において第１図で使用したのと同じ参照番号が適
用される。ガス化器（３）から水平に走る第１図の急冷
ライン（８）の代わりに、第２図のガス化器（３）から
の急冷ライン（８）はガス化器の頂部から垂直な計算さ
れた距離延びるように図解される。急冷ライン（８）の
長さは、急冷ラインおよび再循環急、冷ガス供給ライン
中の流速または流量、ガス化器からの粗合成ガスおよび
急冷ガスの温度、凝縮すべき粗合成ガス中の気化不純物
の性質、非粘着性にすべき合成ガス中の粘着性アッシュ
粒子の性質等といった多くの因子に依存する。

２００トン／日の微粉砕石炭を等重量の酸素で燃焼する
パイロット運転で試験を行った。１つの試験におけるガ
ス化器は約２５バール（１０ないし１００バール範囲）
で運転し、生成物ガスはガス化器から汚染物と共に約１
４５０’Ｃで排出した。清浄化および冷却後、約３１５
°Ｃの生成物ガス流の一部の再循環してガス化器からの
ガス排出ラインの実質的に！　初（７）セクションを形
成する急冷セクションの上流端に急冷ガスとして注入し
た。

等質量の生成物ガスおよび急冷ガスを使用しうる。この
比は運転条件に依って生成物ガスの各質量に対し急冷ガ
ス０．５ないし４．０　質ｆｆｉの間で変えて使用しう
るが、急冷室内で充分な冷却および乱流を達成するため
に、急冷ラインの長さはラインの内径の５ないし２０倍
である必要がある。急冷ラインのこの最小長さは、粒子
がもはや粘着性でなくなるライン中の点を粒子が通るま
でその中にベンドをもたないのが有利である。ガス化器
の高い運転温度において、シリカのおよび多くのアルカ
リ金属の低級酸化物のような或不純物は気化する。

これら物質は次にプロセス装置の急冷セクションで凝縮
され冷却される。セクション直径の１４倍の直線路を有
する急冷セクションは２００トン７日の石炭を燃焼する
系において９メ一トル／秒の熱合成ガス流を処理した。

第２図に示す他の装置は第１図の構成分と同様である。

第２図は、急冷ライン（８）が、所望ならガス化器から
垂直方向に出て熱交換器（７）に頂部から入りうろこと
を示すために含めた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の実施に使用するプロセス装置の
一部の概略流れ線図、 第２図は本発明の方法の実施に使用する装置の他の配置
の概略線図である。 ２・・・・バーナ、３・・・・ガス化器、７・・・・熱
交換器、８・・・・急冷ライン。 代理人の氏名　　川原１）　−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）実質的に乾燥した粒状石炭と酸素を反応器のガス
   化域へ、還元性雰囲気を維持するような石炭と酸素の比
   で供給し、そして粗合成ガス（このガスはそれと一緒に
   、固体粒子形の時に反応器の下流の装置に付着しやすい
   粘着性外面を有する少なくとも１つの汚染不純物の少量
   をも搬送する）を生成することにより、石炭を高温で部
   分酸化する合成ガスの製造方法において、 −より低い温度の急冷ガスの流をより高い温度の合成ガ
   ス流中に、実質的に反応器を出る直後に注入して粘着性
   汚染粒子を冷却することにより、反応器からの合成ガス
   の流出流により運ばれる汚染物の粘着性粒子の粘着性を
   低下させる段階；および −汚染粘着性粒子を含む合成ガスと注入された急冷ガス
   の結合混合物を、、実質的に眞直な導管を通して乱流条
   件下に、結合流を充分に混合して粒子の少なくとも外面
   の粘着性を下流装置を妨害しない形に低下させるに充分
   な時間流すこと、により特徴付けられる前記製造方法。 （２）粗合成ガスが少量の気化した鉱物質をも含有し、
   そして該還元段階が急冷ガスが注入される合成ガス流よ
   り低い温度の急冷ガスの或容量の注入により気化鉱物質
   を凝縮することを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 （３）急冷ガスが本方法により製造された水および粒子
   を含まない低温度生成物ガスであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１または２項記載の方法。 （４）急冷ガス流を粗合成ガス流中にその外周のまわり
   の複数の点で注入して該ガス注入域で合成ガスおよびそ
   れにより運ばれる粘着性粒子の熱い流のまわりにより冷
   たい急冷ガスの鞘を形成させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１−３項のいずれか記載の方法。（５）粗合
   成ガス流に注入される急冷ガスの質量が合成ガスの質量
   の０．５ないし４倍であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１−４項のいずれか記載の方法。 （６）急冷ガス注入点の下流の導管の直線セクションの
   長さが導管の直径の５ないし２０倍であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１−５項のいずれか記載の方法。 （７）急冷ガスが下流点から取られた、少量のより低い
   温度の汚染不純物の固体粒子を含む合成ガスであり、該
   粒子は反応器を出る流出粗合成ガス流中の不純物の少な
   くとも１つと同じ組成のものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１−６項のいずれか記載の方法。