JPH0248457B2

JPH0248457B2 -

Info

Publication number: JPH0248457B2
Application number: JP57051810A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Myatani; Hayamizu Ito; Shuhei Tatsumi; Shoichi Takao
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1990-10-25
Also published as: JPS58172120A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原料石炭を65〜95重量％の高濃度ス
ラリーにして、加圧下または常圧下で操作される
ガス化炉、高炉、燃焼炉に効率よく供給する方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、石炭を部分酸化して合成ガスを得る
プロセスや、高炉への石炭の吹込みプロセスなど
において、原料石炭を粉砕して石炭・水スラリー
を調製し、ガス化炉や高炉に供給する湿式方法が
提案されている。

また本願の出願後に公開された特開昭58−
148118号公報には、発泡剤と水と空気とを発泡タ
ンク８で混合した後、これと粉砕炭とを石炭混合
機１２で混合し、ついで再発泡装置１５で再発泡
させた後、圧送ポンプ２１で消泡剤混合機２９に
送り、ここで消泡剤とともに混合した後、固気分
離装置３で気泡とスラリーとを分離し、スラリー
を石炭運搬船２に投入する方法が記載されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記の従来の方法では、スラリー濃度が
60％以下と低いため、ガス化炉や高炉などで大量
の水を蒸発することになり、ガス化効率や熱効率
が低くなるという不都合があつた。

また特開昭58−148118号公報記載の方法は、
「予め発泡させた気泡流体中に粉粒物を大気圧下
で混合して、高濃度気泡スラリーを作り、高圧容
器内で予め発泡させた高圧気泡流体と上記気泡ス
ラリーとを高圧容器内で混合して、高圧高濃度気
泡スラリーを作る。」ものであり、高濃度気泡ス
ラリーを高圧容器中の高圧気泡流体に一段で供給
しているが、大気圧下で生成した気泡は圧力が加
えられると圧縮され、容積が減少するか、消泡し
てしまい、スラリーの流動性がなくなる。したが
つて、高圧下で気泡を生成混入する方法に工夫が
必要となる。またこの公報には、気体としてCO₂
ガスまたはCO₂ガスを含むガスを用いることは、
何ら示唆されていない。

本発明者らは、上記の不都合を解決すべく鋭意
研究を重ねた結果、粉砕石炭と少量の水との混合
物に気泡安定化剤を添加し充分混合すると、生成
する気泡が石炭粒子層内に介在することによつて
流動性が生じることと、加圧下においても同様の
操作によつて高圧の気泡を生成し流動性を生じる
ことを知見した。また気体として、CO₂ガスまた
はCO₂ガスを含むガスを用いると、CO₂ガスは炉
内で水性ガス化反応によつてCOに変化し、有効
に作用することを知見した。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、石
炭を常圧または加圧下で操作されているガス化
炉、高炉、燃焼炉に供給する方法において、CO₂
ガスまたはCO₂ガスを含むガスからなる気泡を含
んだ石炭濃度65〜95重量％の高濃度スラリーを調
製し、生成したスラリーを加圧できる容器に移
し、スラリーを撹拌しながらCO₂ガスまたはCO₂
ガスを含むガスによつて加圧し、高圧のCO₂ガス
またはCO₂ガスを含むガスからなる気泡を含むス
ラリーを調製した後、CO₂ガスまたはCO₂ガスを
含むガスを容器に送入するなどして、高濃度スラ
リーをガス化炉、高炉、燃焼炉に供給することに
より、高濃度スラリーを常圧系、加圧系にかかわ
りなく安定供給が可能となり、従来のスラリーの
ように大量の水を蒸発させる必要がなく、高いガ
ス化効率と熱効率を達成することができ、また還
元剤としても作用させることができる石炭の供給
方法の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

上記の目的を達成するために、本発明の石炭の
供給方法は、CO₂ガスまたはCO₂ガスを含むガス
の雰囲気中で粉砕炭、水および気泡安定化剤を充
分混合して気泡を含んだ石炭濃度65〜95重量％の
高濃度スラリーを調製し、この高濃度スラリーを
加圧できる容器に移して撹拌しつつ、スラリーの
流動化に必要な気泡を含ませるための加圧された
CO₂ガスまたは加圧されたCO₂ガスを含むガスを
送入し昇圧して、スラリー中の気泡容積の占める
割合がスラリーが安定となるような値になる気泡
含有スラリーを調製した後、この高圧・高濃度の
気泡含有スラリーをガス化炉、高炉、燃焼炉へ供
給することを特徴としている。

本発明において用いられる気体としては、前述
のようにCO₂ガス、CO₂ガスを含むガスが用いら
れ、スラリー中の気泡容積の占める割合は、スラ
リー全体の0.1〜75容量％、望ましくは１〜50容
量％である。

高圧・高濃度の気泡含有スラリーがガス化炉、
高炉、燃焼炉に供給されると、スラリー中に含ま
れるCO₂ガスは、炉内で水性ガス化反応によつて
COに変化し、ガス化炉の場合はガス化原料の炭
素源として有効に作用し、高炉の場合は酸化鉄の
還元剤として有効に作用し、燃焼炉の場合は
NOxの還元剤として作用し、NOxを低減させ
る。

以下、本発明の構成を流動床式ガス化炉に適用
した場合について図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の方法を実施する装置の一例を示して
いる。原料石炭（粘結炭、非粘結炭いずれでもよ
い）を予め３mm以下に粉砕した後、混合機１（た
とえば二軸型ニーダー）に供給する。同時に水お
よび気泡安定化剤を加え、CO₂ガスまたはCO₂ガ
スを含むガスを吹き込みながら混合機１で充分混
合する。このときの気泡安定化剤の添加量は対石
炭比で0.01〜３重量％、望ましくは0.3〜1.5重量
％であり、スラリーの濃度（石炭含有量）はドラ
イベースで65〜95重量％であり、粘度は300〜
3000cp（20℃）程度である。

混合機１で調製されたスラリーは、一旦コレク
トタンク２に貯留された後、スラリーポンプ３に
より圧力容器に移される。圧力容器は複数基設け
られるが、説明を簡単にするため、２基の圧力容
器４ａ，４ｂを設ける場合を図示している。これ
らの圧力容器４ａ，４ｂには夫々撹拌機５ａ，５
ｂ、スラリー導入管６ａ，６ｂ、スラリー排出管
７ａ，７ｂ、高圧気体供給管８ａ，８ｂ、高圧気
体分散管１０ａ，１０ｂ、気体抜取り管１１ａ，
１１ｂが設けられている。本発明を実施するため
には、第１図に示すように同様の圧力容器を２基
設け、スラリー導入・気体抜取り工程、スラリー
昇圧・気体混合工程、スラリー排出工程を交互に
順次繰り返すことにより、連続的に高濃度、加圧
下で高圧のCO₂ガスまたはCO₂ガスを含む気体か
らなる気泡を含んだスラリーを、常圧または加圧
下で操作されているガス化炉１２に供給する。１
３は高圧気体を供給するためのガスコンプレツサ
ーである。

つぎに第１図に示す装置の動作状態を圧力容器
４ａについて説明する。圧力容器４ａに気泡を含
んだスラリーを導入する場合、気体抜取り管１１
ａの弁１８およびスラリー導入管６ａの弁２０を
開としてスラリーを圧力容器４ａに導入する。こ
のとき他の弁はすべて閉である。ついで高圧気体
分散管１０ａの弁２１を開としてガスコンプレツ
サー１３からの高圧のCO₂ガスまたは高圧のCO₂
ガスを含むガスを撹拌機５ａを回転させながら送
入する。このとき他の弁はすべて閉である。圧力
容器４ａ内が設定圧力に達した時点で気体の送入
を停止し、撹拌機５ａによつてガス混合を充分に
行う。しかる後、スラリー排出管７ａの弁２３お
よび高圧気体供給管８ａの弁２２を開として、圧
力容器４ａ内の気泡含有スラリーをガス化炉１２
に排出・供給する。このとき他の弁はすべて閉で
ある。圧力容器４ａから排出されるスラリー中の
気泡容積の占める割合は、スラリー全体の0.1〜
75容量％、望ましくは１〜50容量％である。

なおガス化炉には、主に噴流層タイプや流動床
タイプなどが有り、噴流層タイプでは石炭の粒径
が小さい方が適し、たとえば200メツシユ通過率
10〜80％程度であり、流動床タイプでは、石炭の
粒径が大きい方が適し、たとえば３mm以下に粉砕
され、粘度は両ケースとも300〜3000cp（20℃）
程度のスラリーが用いられる。

本発明において用いられるCO₂ガスまたはCO₂
ガスを含むガスとしては、液化CO₂ガスを気化さ
せたCO₂ガス、石炭のガス化によつて生成したガ
スのリサイクルガス（たとえばN₂2.8％、H₂31.2
％、CO11.5％、CO₂38.4％、CH₄10.0％、C₂ ⁺4.6
％、H₂S1.5％）、石炭のガス化によつて生成した
ガスを燃焼させた後の排ガス、その他の燃焼排ガ
ス（たとえばCO₂12.0％、H₂O12.0％、N₂74.5％、
O₂1.5％）などが用いられる。

また本発明において用いられる気泡安定化剤
は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面
活性剤などを単独でまたは組み合せて用いられ、
炭種によつて適宜選択される。具体的にはアニオ
ン系界面活性剤としては、脂肪油硫酸エステル
塩、高級アルコール硫酸エステル塩、非イオンエ
ーテル硫酸エステル塩、オレフイン硫酸エステル
塩、アルキルアリルスルホン酸塩、二塩基酸エス
テルスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸
塩、アシルザルコシネート、アルキルベンゼンス
ルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキ
シエチレンアルキル（アルキルフエノール）硫酸
エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、ジアル
キルスルホコハク酸エステル塩、アクリル酸もし
くは／および無水マレイン酸共重合体、多環式芳
香族スルホン化物もしくはホルマリン化合物など
が使用される。カチオン系界面活性剤としては、
アルキルアミン塩、第４級アミン塩などが使用さ
れる。ノニオン界面活性剤としては、ポリオキシ
アルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキル
フエノールエーテル、オキシエチレン・オキシプ
ロピレンブロツクポリマー、ポリオキシエチレン
アルキルアミン、ソルビタン脂肪酸エステル、ポ
リオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ア
ルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アル
キルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、
アルキルピリジニウム塩、ポリオキシエチレン脂
肪酸エステル、脂肪族アルコールポリオキシエチ
レンエーテル、アルキルフエノールポリオキシエ
チレンエーテル、多価アルコール脂肪酸エステ
ル、脂肪酸のエタノールアマイドなどが用いられ
る。両性系界面活性剤としては、アルキルベタイ
ンなどが使用されまた１，２，３モノアミン、ジ
アミンなどのアミン化合物、高級アルキルアミノ
酸などが用いられる。

第２図は本発明の方法を実施する装置の他の例
を示している。本例においては、一例として５基
の圧力容器４ａ〜４ｅを用いる場合を示し、番号
１〜１３は第１図の場合と同じ機器を表わしてい
る。原料石炭（粘結炭、非粘結炭いずれでもよ
い）を予め３mm以下、0.1mm以上に粉砕ふるい分
けした後、混合機１（たとえば二軸型ニーダー）
に供給する。同時に水および気泡安定化剤を加え
CO₂ガスまたはCO₂ガスを含むガスを吹き込みな
がら混合機１で充分混合する。このときの気泡安
定化剤の添加量は対石炭比0.01〜３重量％、望ま
しくは0.3〜1.5重量であり、スラリーの濃度（石
炭含有量）はドライベースで65〜95重量％であ
り、粘度は300〜3000cp（20℃）程度である。混
合機１で調製されたスラリーは、一旦コレクトタ
ンク２に貯留された後、スラリーポンプ３により
圧力容器４ａ〜４ｅに順番に導入される。圧力容
器４ａ〜４ｅには、夫々撹拌機５ａ〜５ｅ、スラ
リー導入管６ａ〜６ｅ、スラリー排出管７ａ〜７
ｅ、高圧気体供給管８ａ〜８ｅ、高圧気体分散管
１０ａ〜１０ｅ、気体抜取り管１１ａ〜１１ｅ、
高圧水供給管１４ａ〜１４ｅが設けられている。
１５は貯水槽、１６は高圧水供給ポンプ、１７は
ガスホルダーである。

本例の方法を実施するためには、同様の圧力容
器を複数基（第２図では一例として５基の場合を
示している）設け、スラリー排出工程、高圧水注
入・気体抜取工程、水排出工程、スラリー導入工
程、気体昇圧・混合工程を交互に順次繰り返すこ
とによつて、連続的に高濃度、加圧下で高圧の
CO₂ガスまたはCO₂ガスを含む気体からなる気泡
を含んだスラリーを、常圧または加圧下で操作さ
れているガス化炉１２に供給する。第２図におけ
る圧力容器の動作状態の一例を示すとつぎのよう
になる。

工程圧力容器スラリー排出工程 4a 高圧水注入・気体抜取り工程 4b 水排出工程 4c スラリー導入工程 4d 気体昇圧・混合工程 4e つぎに第２図に示す装置の動作状態を圧力容器
４ａについて説明する。圧力容器４ａに気泡を含
んだスラリーを導入する場合、圧力容器４ａ内の
気体を気体抜取り管１１ａの弁１８を開としてガ
スホルダー１７に送りながら、スラリー導入管６
ａの弁２０を開としてスラリーを導入する。この
とき他の弁はすべて閉である。スラリーを圧力容
器４ａに移した後、ガスコンプレツサー１３によ
つて昇圧されたCO₂ガスまたはCO₂ガスを含む気
体を高圧気体分散管１０ａの弁２１を開とし、撹
拌機５ａを回転させながら送入する。このとき他
の弁はすべて閉である。圧力容器４ａ内が設定圧
力に達した時点で気体の送入を停止する。本発明
の方法における昇圧範囲は、理論上は大気圧から
使用気体が液化するまで可能であるが、通常は５
〜100Kg／cm²程度である。撹拌機５ａによつて充
分ガス混合された後、スラリー排出工程が行われ
る。圧力容器４ａにおいて、高圧ガスからなる気
泡を含んだスラリーをガス化炉１２に供給する場
合、高圧気体供給管８ａの弁２２を開として圧力
容器４ａ上部に高圧気体を供給し、スラリー排出
管７ａの弁２３を開として気泡を含んだスラリー
と置換しながらガス化炉１２に供給する。このと
き他の弁はすべて閉である。気泡を含んだスラリ
ーを供給し終えた後、圧力容器４ａ内に残留する
高圧気体を、貯水槽１５から高圧水供給ポンプ１
６を用いて高圧水供給管１４ａの弁２４を開とし
て圧力容器４ａの下部に供給し、かつ高圧気体供
給管８ａの弁２２を開として圧力容器４ａ内の気
体をガスコンプレツサー１３の出口の高圧ガス配
管に抜き取り、他の圧力容器の昇圧工程あるいは
スラリー排出工程に供給し、高圧気体のエネルギ
ーを損うことなく回収する。このとき他の弁はす
べて閉である。高圧気体を回収し終えた後、圧力
容器４ａ内に残留する水を抜き取る場合、気体抜
取り管１１ａの弁１８を開、スラリー排出管７ａ
に接続された水排出管２５の弁２４を開として、
圧力容器４ａ内の水は貯水槽１５に戻される。こ
のとき他の弁はすべて閉である。貯水槽１５にお
ける水は、圧力容器などに付着したスラリーを洗
い流した石炭粒子を含むため、貯水槽１５におい
て高圧水供給ポンプ１６に影響をあたえない程度
に石炭粒子を沈降分離する。分離した石炭粒子は
混合機１へ戻し再使用される。この様に各工程を
交互に順次繰り返すことによつて連続的にスラリ
ーをガス化炉１２に供給する。なお気体として空
気のような安価なガスを用いる場合は、ガスホル
ダーは不要である。

〔実施例〕つぎに本発明の実施例について説明する。

実施例大平洋炭（非粘結または弱粘結性の亜歴青炭）
を予め1.0mm以下（1.0〜0.1mmの粒子が97重量％）
に粉砕した後、二軸型ニーダーに水および気泡安
定化剤（石炭に対して1.0重量％）とともに供給
し、燃焼排ガスを雰囲気ガスとして気泡を含んだ
高濃度スラリーを調製した。なお大平洋炭の性状
は下記のとおりであつた。

恒湿水分 6.0重量％灰分 13.5重量％揮発分 41.5重量％固定炭素 39.0重量％燃料比 0.94 また燃焼排ガスの組成は下記のとおりであつ
た。

CO₂ 12.0容量％ H₂O 12.0容量％ N₂ 74.5容量％ O₂ 1.5容量％二軸型ニーダー出口のスラリーの性状は、スラ
リー濃度75重量％（ドライベース）、粘度1750cp
（20℃）、みかけ比重0.51であつた。ついでこのス
ラリーを容器容積20の圧力容器５基からなる小
型試験装置（フローは第２図と同じ）に供給し
た。スラリー排出工程、気体昇圧・混合工程、ス
ラリー導入工程、水排出工程、高圧水注入・気体
抜取り工程に夫々10分を要した。スラリーの供給
圧力40Kg／cm²、スラリー供給量1.02Kgスラリー／
Ｍで38Kg／cm²で操作されるガス化炉に供給した。

本発明の方法において、CO₂ガスまたはCO₂ガ
スを含む気体の雰囲気中で、粉砕炭、水、気泡安
定化剤を混合し、高濃度スラリーを調整する場
合、石炭の劣化を抑えることができる。この場
合、CO₂ガスまたはCO₂ガスを含む気体中のO₂濃
度が５％以下であれば、劣化を抑える効果は高く
なる。スラリー中に巻き込まれたCO₂ガスは、ガ
ス化炉中で下記の水性ガス化反応によつてCOに
変化しガス化原料の炭素源として有効に作用す
る。

Ｃ＋CO₂→2CO CO＋H₂O→CO₂＋H₂ また石炭ガス化により生成したガスのリサイク
ルガスを用いた場合は、CO₂以外にCH₄を含んで
いるため、CH₄＋H₂O→CO＋3H₂の反応により
CO、H₂を生成することによつてCO₂同様有効に
作用する。

本発明の方法におけるスラリー中の気泡は、雰
囲気ガスを巻き込むことによつて生成し、気泡安
定化剤によつて安定化されるものである。このた
め雰囲気ガスを巻き込み易い構造のたとえば二軸
型ニーダー（混練機）や、平板付タービン羽根ま
たは螺旋型羽根の撹拌機などを用いている。また
分散効果を有する気泡安定化剤を用いるのが望ま
しい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、
スラリー濃度が高いため従来スラリーより水の蒸
発が少なくてすみ、またスラリー中に気泡が介在
しているため、スラリーの分散がよく酸素との混
合が十分かつ速やかに起こり、ガス化効率、熱効
率、燃焼効率を高める効果を奏し、常圧から高圧
まで任意の圧力でガス化炉にシール性よく連続的
に石炭を安定供給することができる。なお実施例
ではガス化炉について説明したが、高炉、燃焼炉
への石炭の連続的安定供給に適用することも勿論
可能である。

また本発明においては、気体としてCO₂ガスま
たはCO₂ガスを含むガスが用いられているので、
本発明の方法により高圧・高濃度の気泡含有スラ
リーをガス化炉に供給した場合、CO₂ガスはガス
化炉中で水性ガス化反応によつてCOに変化し、
ガス化原料の炭素源として有効に作用する。

また本発明の方法によりスラリーを高炉に供給
した場合は、上記と同様にCO₂ガスは高炉中で水
性ガス化反応によつてCOに変化し、酸化鉄の還
元剤として有効に作用する。

さらに本発明の方法によりスラリーを燃焼炉に
供給した場合は、上記と同様にCO₂ガスは燃焼炉
中で水性ガス化反応によつてCO₂またはH₂とな
り、燃焼時に発生するNOxの還元剤として作用
し、NOxの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を
示す系統的説明図、第２図は本発明の方法を実施
する装置の他の例を示す系統的説明図である。１……混合機、２……コレクトタンク、３……
スラリーポンプ、４ａ〜４ｅ……圧力容器、５ａ
〜５ｅ……撹拌機、６ａ〜６ｅ……スラリー導入
管、７ａ〜７ｅ……スラリー排出管、８ａ〜８ｅ
……高圧気体供給管、１０ａ〜１０ｅ……高圧気
体分散管、１１ａ〜１１ｅ……気体抜取り管、１
２……ガス化炉、１３……ガスコンプレツサー、
１４ａ〜１４ｅ……高圧水供給管、１５……貯水
槽、１６……高圧水供給ポンプ、１７……ガスホ
ルダー、１８，２０，２１，２２，２３，２４…
…弁、２５……水排出管。

Claims

【特許請求の範囲】

１ CO₂ガスまたはCO₂ガスを含むガスの雰囲気
中で粉砕炭、水および気泡安定化剤を充分混合し
て気泡を含んだ石炭濃度65〜95重量％の高濃度ス
ラリーを調製し、この高濃度スラリーを加圧でき
る容器に移して撹拌しつつ、スラリーの流動化に
必要な気泡を含ませるための加圧されたCO₂ガス
または加圧されたCO₂ガスを含むガスを送入し昇
圧して、スラリー中の気泡容積の占める割合がス
ラリーが安定となるような値になる気泡含有スラ
リーを調製した後、この高圧・高濃度の気泡含有
スラリーをガス化炉、高炉、燃焼炉へ供給するこ
とを特徴とする石炭の供給方法。