JPH03504875A - 溶鉱ガス化器内で可燃性ガスを製造する方法 - 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】 溶鉱ガス化器内で可燃性ガスを製造する方法主ｌユ坐皇ｌ 主ｌ旦皇丘団 本発明は、酸素または酸素が富化された空気によって操作され、望ましくは鉄を 含有する予備還元された鉱石、石炭およびスラグ生成剤が装入される溶鉱ガス化 器であって、このガス化器から溶融金属、液状スラグおよび可燃性ガスが排出さ れる、また可燃性ガスを製造するために、溶鉱還元に必要な量を上まわるさまざ まな量で石炭が使用される溶鉱ガス化器内で可燃性ガスを製造する方法に関する 。

′−′に　　るー゛Ｂ 溶鉱ガス化器を操作するために、石炭の流動化床を維持しかつ石炭をガス化する のに好適な粒度分布をもつ石炭を溶鉱ガス化器の頂部から装入することが知られ ている０通常維持する圧力のために実質的に純粋な酸素つまりほんの少量の窒素 しか含有しない酸素を溶鉱ガス化器内で用いねばならないことに留意すると、所 望の融点を得るために、ガス化反応は酸素を必要とする。溶鉱ガス化器内の圧力 水準は溶融浴を排出するという特異性によって少くとも部分的に決定され、また 溶融工程からの要求を同時に考慮するならば、このような溶鉱ガス化器を任意の 高い圧力の下で操作することは不可能である。溶鉱ガス化工程は液状の銑鉄の製 造を同時に可能とし、硫黄を含有する石炭を使用することを可能にする。なぜな らば、溶鉱ガス化工程は生成する硫化水素を、後続する還元シャフト内で、還元 されたばかりの鉄と結合することができまた生成するＦｅＳが流動化床を経て液 溜めに流入することを可能にしかつスラグの遊離ＣａＯと反応した後ＣａＳの形 でＦｅＳをスラグ中に移すことを可能にする。

通常のガス化工程においては、発生する可燃性のガス化生成物は熱を利用して運 転する機械（ｃａｌｏｒｉｃ　ｍａｃｈｉｎｅ）内または燃焼室内で種々の目的 のために利用される。

溶鉱ガス化器は、銑鉄の出銑になんら考慮を払うことのない場合は別として、溶 融物の排出に影響を与えないために最高８バールまで、概ね４〜６バールの範囲 でしばしば操作する。

現存の冶金的必要条件を考慮すると、このような溶鉱ガス化器によって発生され るガスは、電気エネルギーを製造するために引続いて使用できる。しかし、引続 いてのエネルギー製造のための必要条件特に発電プラントにおける必要条件は、 冶金的必要条件があるために限定的にしか考慮し得ないことに留意すべきである 。一時的に必要となる量のエネルギーに対してガスの製造を適応することは発電 プラントにとって極めて重要であり、このことはしばしば、加圧下で操作しかつ 鉱石または予備還元した金属を還元的に溶融するための必要条件は考慮しない条 件下で操作するガス化工程を発電プラントにおいて用いることの理由をなしてい る。

発電プラントを操業する目的のために、石炭用の種々な形の加圧ガス化工程が知 られている。この点に関連し、煙道流ガス化器が特に好適であると提案されてい るが、これのバーナーには高濃度の酸素とともに微粉砕した石炭粉末を供給せね ばならない。このような煙道流ガス化器内の滞留時間は比較的短く、またこのよ うなガス化器によって得られるガス化生成物は多数の有害物質、特に硫黄化合物 を含有しており、費用の嵩む生成ガスの精製が必要となる。このような煙道流ガ ス化器は、短い滞留時間内で十分なガス化を確保しかつスラグとともに排出され る炭素を局限するために酸素を用いて操作せねばならない。

本主班夏塁！ 本発明は溶鉱還元工程に関する冶金的必要条件および後続する発電プラントのエ ネルギー的必要条件を同時に考慮にいれることのできる最初に述べたタイプの方 法を提供することを目的とする。この課題を解決するために、本発明に従う方法 は原則的に、生成するガスを少くとも二つの部分的な流れに分け、溶融ガス化器 内に装入すべき鉱石を予備還元するため、生成する可燃性ガスの第一の部分流れ を用い、鉱石の予備還元に必要な部分的な量を上回る部分的な量のガスを脱硫反 応器に供給し、これから脱硫反応の反応生成物および完全には反応してないスラ グ生成剤を溶鉱ガス化器に供給することからなる。

溶鉱ガス化器内で生成する可燃性ガスを少なくとも二つの部分的な流れに分ける ので、装入する材料を予備還元するための必要条件を考慮にいれた部分的な量の 可燃性ガスを予備還元のために用いることができる。予備還元工程に際して、可 燃性ガス中に含まれている硫黄はすべて同時に化学的に結合することができる点 に留意すべきである。一般に、後続の溶鉱ガス化工程のためのスラグ生成剤は予 備還元工程に添加する。この場合、溶鉱ガス化器を操作するのに必要なパラメー タ、特に溶融物を脱硫する（つまり溶融金属中に含まれるＦｅＳの硫黄をスラグ に転移する）ためのパラメータおよびスラグに必要な塩基性を維持するように予 備還元工程を制御することができ、またこの部分的な流れによって、溶鉱ガス化 器内の浴の引続いての浸炭を所望の値とすることのできる鉄カーバイドが予備還 元に際して生成するのを同時に確実ならしめることができる０発電プラントを操 業するのに必要な過剰量の可燃性ガスは予備還元炉に通過する必要はなく、特に 、量が変化する、そして発電プラントの操作を調整するために、制御しつつ発生 すべき場合、予備還元工程は、冶金的に必要な仕方で、かつ過剰の部分ガス流を 導出することにより、生成したでのガスの量とは無関係に操作することができる 。本発明に従うに、過剰量のガスは別にある脱硫反応器に第２の部分的な流れと して供給する。予備還元炉とは別にこの過剰量のガスを脱硫するためのこの手段 によって、異なる量のガスを生成するために異なる量の石炭を装入する場合、溶 鉱ガス化器の冶金的必要条件をなお考慮にいれることができる。

この目的のために、スラグ生成剤も脱硫反応器内で用いる。溶鉱ガス化器に供給 する燃料の量を増加すると溶鉱ガス化器内でのスラグの塩基性が変化するので、 補償のために必要とするスラグ生成剤の一部の量を肪硫反応器から抜出し溶鉱ガ ス化器に供給することができる。還元シャフトとは対照的に脱硫シャフトには脈 石を導入しないので、派石中に含まれる元素が存在しないためにスラグの分析価 およびスラグの塩基性が変化するであろう。

この現象に対処するために、特に、ＣａＣ０，およびＭｇＣ０゜の比に関しかつ Ａ　Ｉ！ｔ０１または５ｉＯｚの量番こ関して別な組成をもつスラグ生成剤を脱 硫シャフトに装入する。生成したガスを二つの部分的な流れに分けるという特質 によって、冶金的に必要なスラグの塩基性を維持しまた冶金的過程を損うことな く発電プラントのための可燃性ガスの生成量を短時間内でゑ、速に変更すること が可能となる。

この場合、鉱石とともに予備還元段階に装入する石炭灰、脈石および望ましくは 炭酸塩である塊状のスラグ生成剤から生成される１次スラグと同じスラグ塩基性 をスラグがもつように、脱硫反応器から排出されかつスラグ生成剤として溶鉱ガ ス化器に供給される固形物質の流れを調整することにより、溶鉱ガス化器の冶金 的必要条件を確実に実現することができる。

特に有利な態様ムこおいて本発明の方法は、溶鉱ガス化器への石炭流および脱硫 反応器からの固形物質流を、量的に相互関連する制御可能な供給器によって調整 するように実施する。、溶鉱ガス化器のチャンバー−・の固形物質流と、スラグ 生成剤を補償する量で溶鉱ガス化器に引続いて供給する固形物質とを制御するこ とにより、必要条件の一時的変化を考慮にいれることができる。予備還元工程に 例えば６〜８時間が必要であるので、予備還元した物質の供給量をどのように変 更しても上記した一時的補償は不完全にしか行うことはできず、従ってこのよう な手段によっては一時的適応は不可能であろう。このような一時的な適応は、燃 料の量と脱硫反応器から別個に供給するスラグ生成剤とを同時に変更することか らなり、それによって、この部分的な流れの脱硫を主としてスラグ生成剤によっ て実施することの利点および溶融浴の硫黄を富化することの危険を低下すること の利点を同時に享受する補償的修正によってのみ達成できる。

脱硫反応器の必要条件と予備還元炉の必要条件とを最適な仕方で同時に考慮にい れるために、本発明の方法は、予備還元工程において適用する割合とは異なる割 合でＭｇＣＯ５とＣａＣ０＋とを脱硫反応器に供給するように最適な仕方で実施 できる。

溶鉱ガス化器は、ガス化器に装入した石炭を脱ガスすることにより生成する重質 の炭化水素と、ガス化器頂部における脱ガスおよびガス化工程に際して生成する 炭素／窒素化合物とを熱分解するために、ガスの流出温度を少くとも約１０００ 　’Ｃにして操作せねばならない。

導入した還元性ガスつまり生成した可燃性ガスを冶金的に必要な湿度まで冷却す ることが予備還元工程にとって著しく重要である。加えて、還元性成分中の可燃 性ガスの含有率を実質的に一定に保つことが必要である。予備還元炉に供給する この部分的な量の可燃性ガスを冷却するために、予備還元炉から抜出され、より 高いｏ２含有率をすでにもつがＣＯは大体同じ濃度で含有するガスはできるだけ 用いてはならない。脱硫反応器から抜出されかつ冷却されかつ精製されているガ スを、予備還元工程に導入する部分的な量のガスに添加するならば、上記のこと を特に有利な仕方で達成することができる。

好ましい手続に従う場合、脱硫反応器から流出するガスを、高圧水蒸気を製造し つつ輻射熱交換器内で冷却し、遠心力分離器内でガスから粉塵を除去し、高圧水 蒸気と中圧水蒸気とを製造しつつ対流熱交換器内でガスをさらに冷却し、低圧水 蒸気または供給水に伝熱することにより最終段階において最後的に冷却しかつ引 続いて洗浄する。このようにしてガスタービン内でガスをさらに使用する。

このガスの僅な部分流を加圧しかつ予備還元段階に供給すべきすでに述べた部分 的なガス流に添加する。

一層好ましい態様に対応するものであるが、予備還元段階に後続する冷却器出口 ガスもまた同様に処理する。

予備還元段階において用いる部分的なガス流が、還元シャフトから流出し、遠心 力分離器内で粉塵が除去された後、中圧水蒸気を製造するように対流熱交換器内 でこのガス流を冷却し、低圧水蒸気または供給水に伝熱することにより、後続す る冷却段階において最終的に冷却しかつ最後に洗浄する。この部分的なガス流は 後述するように溶鉱ガス化器の出口温度を制御するために用いる。

予備還元工程は一般に、溶鉱ガス化器からの可燃性ガスの出口温度より低い温度 において実施する。予備還元工程において用いる部分的ガス流は約８５０℃まで 冷却するのが好ましい。他方、脱硫反応器内の脱硫過程は溶鉱ガス化器からの可 燃性ガスの出口温度よりも著しく高い温度において実施することができ、それに よって脱硫工程の効率が改善される。

生成したガスを少くとも二つの部分流に分けるため、狭い範囲および広い範囲に わたってかつ冶金的過程に影響を与えずに、熱発電プラントがまさに必要とする 燃料ガス量に適応することができる。冶金的必要条件を充足するためには、予備 還元工程にて用いるガス流は可燃性ガス流の２５〜９５％、望ましくは４０〜８ ０％であるのが好ましい。

石炭の量が著しく変化する場合、ガスの組成つまり溶鉱ガス化器において生成す る可燃性ガスの炭化水素化合物および炭素／窒素化合物の含有率を正確に考慮に いれるだめに、溶鉱ガス化器から出るガスの温度を制御することも必要である。

特に、後続の発電プラントのために多量のガスを製造する場合、ガス化器の頂部 の温度は著しく上昇するので、温度を有効にＭ償せねばならない。

溶鉱ガス化器内で石炭をガス化するために、通常のガス化剤を用いることができ る。純粋な酸素および（または）残留窒素含有率が約１０％の酸素および（また は）０□と水蒸気との混合物および（または）高温空気と０□との混合物および （または）還元段階からの再循環される流出ガス中に含まれる、酸素以外の別な 酸素担持体としてのＣＯ２をガス化剤として溶鉱ガス化器に導入するのが有利で ある。

予備還元段階からの流出ガスをガス化剤として用いる場合は特に、ガス化器チャ ンバー内で炭化水素化合物および炭素／窒素化合物を分解するための温度水準、 特に１０００°Ｃより高い温度水準においてガスの過剰な顕熱を消費しかつこの 顕熱を生成するガスの熱量に付加するというエネルギー的な利点が生まれる。こ の場合、予備還元段階からの再循環される流出ガスのＣＯ□は、溶鉱ガス化器の 流動化床内で熱を消費しつつＣと反応して２ＣＯを生成する。

広い範囲内で自由に選択できる燃料ガスが生成するので、燃料ガスの生成が増加 する場合、多くの割合の顕熱が利用でき、これはまた所望の温度を保持するため にも用いることができる。この場合、溶鉱ガス化器内で高温空気および０□をガ ス化剤として用いる時、高温ガスと熱交換することによりまたはガス化器に供給 すべき空気流中で少量の燃料望ましくは燃料ガスを燃焼することにより高温空気 を加熱する。

後続する発電プラントの必要動力が著しく変化する場合、特に、溶鉱ガス化器を 操作するために必要な酸素を同時に製造するための空気分離プラントの場合、生 成するガスの大部分をガスタービンによってエネルギー供給する水蒸気発電プラ ントに供給するならば設備費を著しく低減することができる。最低負荷の場合、 発電プラントの１台のガスタービンの一つ以上の燃焼室において、還元段階から の可燃性の流出ガスを部分的にまたは完全に燃焼し、タービンの高温流出ガスは 、いくつかの高温ガス流を冷却することによって得る水蒸気とともに水蒸気ター ビン内で使用する水蒸気を製造するのに利用する。

発電プラントの負荷が最大である場合、還元段階の操作に必要でない石炭をガス 化することにより追加的に得るガスの主な部分または全体を電気エネルギーの発 生のために用いかつ追加のタービンを少くとも１台運転する。

ガスタービンは別として、本設備のすべての要素は単一の要素として存在するた め、設備費を顕著に低減することができる。例えば、冶金的に必要な石炭から生 成するガスを使用する場合、ガスタービンの１台のみが運転され、一方、発電プ ラントが全負荷の場合、２台以上のタービンが運転されよう。

単一な要素として設備される発電プラントの要素は、実質的にはガス圧縮機、水 蒸気タービン、分離すべき空気の大部分を圧縮するだめの主空気圧縮機および低 温空気分離器である。一般に、圧縮機は異なった出力に対して狭い範囲でしか適 応できない。なぜならばこの狭い範囲以外では圧縮機の効率は著しく低下するか らである。

従ってガス圧縮機に加えて速度制御されるガス用の前段圧縮機を設置するのが有 利である。発電プラントの全負荷時には、望ましくは速度制御されたガス用前段 圧縮機によって増援されるガス圧縮機を用いて、可燃性ガスを一台以上のガスタ ービンの一つ以上の燃焼室に供給する方法が望ましく、従って発電プラントの全 負荷時にガス圧縮機によって吸引されるガスの容積は著しく減少し従ってこの圧 縮機の経済的運転が達成される。この場合、一層好ましい態様に対応するものと して、速度制御されたガス用の前段圧縮機によって、ガスタービンと協働する水 蒸気発電プラントの全負荷時の圧縮機の全仕事量の約２０％を供給する。

ガスタービンは天然ガスまたは燃料油によって運転するように設計されている。

これらの燃料は圧縮機およびタービンにおける質量通人量の比を決定する。しか し石炭ガスは著しく高い比重とかなり低い発熱量をもつので、ガスの質量流量は 、タービンが設計されている質量流量と比べて５〜１０倍多い（還元段階の流出 ガスに関して）。

実質的な変更を行なわないでタービンを使用するために、圧縮空気流の一部分を 燃焼室内での燃焼のために供給せず、またガスタービンの冷却のために使用する ことなく燃焼室から排出する。この場合、圧縮空気を一台以上のガスタービンの 一つ以上の燃焼室から排出し、冷却しかつ全体を空気分離プラントに供給する。

少くとも発電プラントの全負荷運転において、空気分離プラント内で実質的に非 圧縮の生成物を生成するのに必要な圧力水準まで、この空気流の一部を望ましく は動力発生タービン内で膨張し、またこの空気分離プラントのための圧縮空気の 部分的膨張流を、望ましくは水蒸気タービンで駆動する空気圧縮機によって、空 気分離工程で必要とする圧力水準に昇圧された別な圧縮空気流とともに空気分離 プラントに供給する。このことによって、一台板上のガスタービンの一つ以上の 燃焼室から導出され動力発生タービンを通って膨張されてはいない圧縮ガスの部 分的な流れを空気分離器内で向流的に凝縮して液状の加圧酸素を生成し、液状に おいて膨張しかつ空気分離器の分離塔内の液溜めに供給するという方法を実施す る。

ガスタービンを設置した水蒸気発電プラントの負荷を増大する、従ってガス化す べき石炭の量を増大するにつれ、ガスの質量流量および酸素の必要量もまた増大 するであろうが、決して比例的な割合では増大しない。特に、酸素必要量は比圧 例よりも低い程度に増大するであろう。

なぜならば、水蒸気または酸素担持体として働く流出ガスからの再循環ＣＯ□の 割合は比例的よりも高い程度に増大するが、一方、単位あたり最大の酸素必要量 にてガス化される冶金的に必要な石炭は、その熱量の唯の約４０〜５０％にあた るものしか燃料として利用できないからである。

他方、水蒸気タービン軸によって一定の回転速度で駆動するのが好適である主空 気圧縮機は、発電プラントの、従って空気分離器の負荷が高い場合、非経済的な 過負荷状態で運転せねばならないであろう。このマイナス効果を最少にするため に、酸素を蒸発するのに必要となるであろうよりも多い量の空気をガスタービン から排出しかつこの追加的に排出した量の空気を、主圧縮機の圧力水準まで空気 膨張タービン内で動力を発生するように膨張しかつ主空気圧縮機によって供給す る空気とともに空気分離器内でその成分へと分離する。この場合、ガスタービン から排出する空気つまり直接使用する空気流と、空気膨張タービンをすでに通過 した空気流との両方を冷却して望ましくは高圧水蒸気と中圧水蒸気を発注し、引 続いて適当な方法で精製する。

一台以上のガスタービンの燃焼室内では、石炭ガスの熱量が低いにもかかわらず 、つまり例えば天然ガスの熱量よりも低いにもかかわらずかなりの量の酸化窒素 が熱的に生成する。この場合、ガスと空気との予備混合のような、天然ガスを使 用するバーナーにおいて得られる利点は、石炭ガスの水素含有率のため得ること ができない。

従って酸化窒素の熱的生成に対しては、焔の中心核を効果的に冷却することによ り対処せねばならない。この場合、一台板上のガスタービンの一つ以上の燃焼室 に供給する燃料ガスにまたはバーナーに水蒸気を供給しかつ（または）空気分離 工程から来る窒素を燃料ガスと混合する方法が好ましい。

ガスタービンを備えた水蒸気発電プラントが部分負荷である場合、つまり還元工 程の流出ガスのみによって電力を発生する場合、ガスタービンの燃焼室のバーナ ー中に同時に水蒸気を供給することにより、上記を実施するのが好ましい。水蒸 気の比熱および解離熱が高いため、酸化窒素の熱的生成は顕著に低下し、従って 例えばＮｉｂによる接触反応によってガスのＮＯｘ含育含有率り一層低下するこ とはせずに、ガスタービンからの流出ガスを大気に放出することができる。ガス タービンを備えた水蒸気発電プラントが全負荷である場合、燃料ガスの熱量は比 例的以上に高くなり、バーナー内での酸化窒素の生成を抑制するために水蒸気の 量を増大するのはもはや経済的でない。この現象に対処するために、発電プラン トの上記の負荷状態の下でやはり全負荷で操業している空気分離器から窒素を抜 出し、ガスタービンの燃焼室内の圧力水準まで圧縮しかつ燃料ガスと混合するの が好適である。このようにして石炭ガスの熱量を顕著に低下すると、酸化窒素の 発生を抑制するために経済的に水蒸気の量を調整することがやはりできる。発電 プラントが全負荷状態にある場合、燃料ガスの熱量を低下することの効果は酸化 窒素の生成を防止する効果の主体をなす。従って水蒸気は、廃ガスに許容される ＮＯ，含有率の微調整を主として行うためにそれぞれのガスタービンに少量供給 する。

この場合、発電プラントが最低負荷である時、つまり１台のガスタービンによっ て還元工程の流出ガスのみを消費している時は、酸化窒素の生成を最低にするた めに主として水蒸気をこのタービンに供給し、一方、発電プラントが全負荷であ る場合、窒素を添加することによる燃料の熱量の低下が、酸化窒素の生成を抑制 する効果の主体をなし、水蒸気は廃ガス中に許容されるＮＯ，含有率の微調整を 行うために各タービンに少量づつ主として供給する。

しかし、ガスタービンへの燃料ガスの質量流量は増加するであろう。このためガ スタービンの燃焼室から圧縮空気をさらに抜出さねばならない。この空気はすで に述べた空気膨張タービン内で動力を発生するように膨張し、このことにより主 空気圧Ｎ機の負荷を一層軽減する。この膨張タービンによって発生する動力は、 窒素圧縮機の必要動力と同様に増大するので、この膨張タービンは窒素圧縮機と 同軸上に配置するのが好適であり、また追加的に必要な小動力はモーター、望ま しくは周波数変換により速度が可変であるモーターによって供給する。

ガスタービンが設置されている水蒸気発電プラントの負荷が最低である場合、つ まり還元工程の流出ガスのみで操業する場合、この装置は停止する。この場合、 動力を発生しつつ圧縮空気を膨張するために窒素ガス圧縮機をタービンとともに 一軸上に配列し、かつ原則としてこれをタービンによって駆動し、発電プラント の負荷が増大するに従って窒素の質量流量を徐々に増大するように吐出させかつ 回転速度に関して望ましくは制御可能でありまた周波数変換器を介してエネルギ ー供給される多相誘導モーターとして特に設計されている別な駆動手段から不足 の駆動力を受容させるように実施するのが好ましい。

図ｍ直肌 以下において、本発明に従う方法を実施するための設備の態様の例を略解的に示 す図面を参照しつつ本発明をさらに説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための設備の第１の態様を示す。

第２図はガスタービンと空気分離プラントとを包含する設備の変改された態様を 示す。

狂襄湿と１　に　　る云　な云゛ 第１図に示すブロック図において、参照数字１によって示す溶鉱ガス化器に予備 還元工程２からの望ましくは鉄を含有する予備還元した鉱石および脱硫反応器３ からのスラグ生成剤を供給する。コンベア４によって石炭を溶鉱ガス化器１に供 給する一方、酸素含有燃料ガスまたは純粋な酸素を導管５を経て供給する。溶鉱 ガス化器ｌから銑鉄を６においてまたスラグを７において排出する。

可燃性ガスを追加的に生成するために、特に鉄を含有する供給鉱石を溶融還元す るのに必要な量を越える量のさまざまな量の石炭をコンベア４により溶鉱ガス化 器Ｉに供給する。生成するガスを、溶鉱ガス化器の頂部領域から導管８を経てす べて抜き出し、かつ二つの部分的な流れ９および１０に分ける。抜き出した部分 的な流れ９を予備還元工程２に供給しかつ予備還元工程に必要なガスの部分流を 上まわる第２の部分流を脱硫反応器３に供給する。鉄を含有する鉱石を供給管１ １を経て予備還元工程２に供給しかつスラグ生成剤例えばＣａＣ０１およびＭｇ Ｃ０，を１２を経て予備還元工程２に供給する。予備還元工程２の後、実質的に ＦｅおよびＦｅＳがスラグ生成剤とともに１３を経て溶鉱ガス化器に流入する。

スラグ生成剤ＭｇＣＯ３およびＣａＣ０，は１４を経て脱硫段階３内にも同様に 装入されるがその比率は予備還元工程におけるのとは異なる。脱硫工程に引続い て、実質的にＣａＯとＣａＳとＭｇＯが１５を経て溶鉱ガス化器１に流入する。

溶鉱ガス化器１から排出されるガスは実質的にＣＯおよびＨ２からなりかつ少割 合のＨ，Ｓ　、　ＣｏｔおよびＨ，０を含む。溶鉱ガス化器１に流入する物質の 流れを迅速に調節しかつ制御するために、石炭供給管４および供給管１５には固 形材料用の制御可能な供給器１６および１７が設置されている。これを用いるな らば、燃料の量および脱硫反応器から別個に供給するスラグ生成剤の量を同時に 変化することにより補償および修正が可能になる。これによって冶金的に必要な スラグの塩基性を維持する。

ガス化器の頂部から排出する発生された可燃性ガス流の部分流９および１０への 分割は、予備還元工程２内で用いるガス流が生成する可燃性ガス流全体の約２５ 〜９５％となるように行う。溶鉱ガス化器１に装入する石炭の脱ガスから生成す る高級炭化水素および脱ガス工程またはガス化工程の隙に生成する炭素／窒素化 合物をガス化器頂部内で熱的に分解できるように、生成する可燃性ガスの出口温 度は１０００　’Ｃを越える。

Ｃｏｔに冨む可燃性ガスを予備還元工程２から１８を経て抜出し、遠心力分離器 １９内で精製しかつ中圧水蒸気２１を製造するための熱交換器２０を経て、洗浄 器２２に供給し、実質的に精製かつ冷却した可燃性ガスを２３においてこれから 抜き出し、このガスを例えば、第２図を参照しつつ後に詳細に説明するごとくガ スタービンの燃焼室に供給する。

この場合、２３から抜出す可燃性ガスの一部の量を酸素含有ガス化剤として、例 えば管５を経であるいは酸素流とは別個に圧縮機２４によって溶鉱ガス化器に供 給する。

ＣＯ□の少ない可燃性ガスも脱硫反応器３から２５において同様に抜出し、高圧 水蒸気２７を製造するための輻射熱交換器２６を経、遠心力分離器２日を経かつ 高圧水蒸気３０および中圧水蒸気３１を製造するための熱交換器２９を経て送出 しかつ洗浄器３２において精製する。

精製した可燃性ガスを洗浄器３２から３３において同様に抜出しかつ後で第２図 において説明するごとくガスタービンに供給することができる。予備還元工程２ において用いる部分的ガス流９に精製しかつ冷却した可燃性ガスを圧縮機３５に よって添加するために、管３３に分岐管３４が接続されている。これによって上 記の部分的ガス流９を予備還元工程に好適な約８５０　”Ｃの温度に冷却する。

さらにまた、燃料ガス管２３と３３との間に、弁３６によって制御可能な分岐管 ３７が設けられており、予備還元シャフト２および脱硫シャフト３を通過する部 分的ガス流の比を変更できる。

第２図に示す態様においては、同等な構成要素について第１図の参照数字が与え られている。予備還元工程２および脱硫工程３へと二つの部分流９およびｌＯと して供給される可燃性ガスがやはり溶鉱ガス化器１において生成される。予備還 元工程２および脱硫工程３から導出するガスを熱交換器２０および２９内でやは り冷却しかつそれぞれ高圧水蒸気および中圧水蒸気を製造するために使用する。

第１図に従う配置とは対照的に、管１８および２５内の冷却ガス流のために共通 の洗浄器２２が設置されており、また精製された可燃性ガスの全量を管２３を経 て抜出す。一台板上のガスタービンに可燃性ガスを供給するための管２３には前 段圧縮機３日および後続するガス圧縮機３９が設置されている。ガス用の前段圧 縮機３８は周波数変換器３４によってエネルギー供給される超同期（ｂｙｐｅｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ）駆動モータ４０によって駆動する。このようにして圧 縮した可燃性ガスを引続いて燃焼室４２および４３に供給する。精製しかつ圧縮 した燃料ガスを、燃焼室４２および４３内で圧縮空気４６および４７によって燃 焼する。燃焼室４２および４３から出る流出ガス４８および４９をそれぞれター ビン５０および５１に供給する。略解的に示すようにこれらのタービン５０およ び５１は電気エネルギーを発生するためにそれぞれ１台の圧縮機５２および５３ ならびにそれぞれ１台の発電機５４および５５と連結されている。

連結された圧縮機５２および５３、タービン５０および５１ならびに発電機５４ および５５と、タービン５０および５１の運転に必要なガスを燃焼するための付 属する燃焼室４２および４３とからなるこのような系は、天然ガスまたはナフサ を燃焼室内で燃焼するのに用いるために最も頻繁に設計される。予備還元工程２ および脱硫工程３を通過した後、溶鉱ガス化器から抜出す可燃性ガスはナフサま たは天然ガスより低い発熱量を一般にもち、またタービン５０および５１を運転 するのに必要なガス流２３を生成するのにより多量な生成ガスが必要となるので 、圧縮機５２および５３を改変することにより圧縮空気４６および４７の供給量 を減少しかつこの量をタービン５０および５１の吸引能力に合わせることができ る。

圧縮機をこのように改変することは、ガスタービンの他の構成要素に関しても問 題を生む。従って、部分的な流れ５６および５７を圧縮した高温空気流から分岐 しかつ後で一層詳細に説明するごとく空気分離プラントに供給する。

タービン５０および５１から抜出す膨張したガスを熱交換器５８および５９に送 入し、そこで高圧水蒸気６０および６１ならびに中圧水蒸気６２および６３を製 造するとともに追加的な低圧水蒸気を製造する（ここでは詳細に示さない）が供 給水を予熱する。

種々な熱交換器内で製造する高圧水蒸気３０，６０゜６Ｉおよび７６を高圧水蒸 気タービン６４に供給し、これから中間的な圧力水準の水蒸気を管６５から抽気 することができる。この水蒸気はＮＯ８の生成を抑制するためにガスタービンの 燃焼室４２および４３に供給する。タービン６４から取り出した中圧水蒸気６６ ならびに種々の熱交換器内で製造される水蒸気２１，３１，６２゜６３．７７お よび８１を後段の水蒸気タービン６７に供給し、かつ膨張した後、凝縮器６８内 で凝縮し、凝縮水をポンプ６９によって循環路に返戻する。この場合、水蒸気タ ービンを発電機７０と連結し、一方これを可燃性ガス用のガス圧縮機３９と連結 する。水蒸気タービン６４は、空気分離プラント７３内に導入する中圧空気７２ をつくるために空気圧縮機３１とさらに連結される。

空気分離プラント７３には、空気圧縮機７１内で圧縮された空気に加えて、燃焼 室４２および４３の圧縮機５２および５３．５６および５７において分岐する高 圧空気の部分流も導入する０部分流７４は高圧水蒸気７６と中圧水蒸気７７とを 製造するために熱変換基７５によって冷却する。すでに示したごとく、これらの 異なる圧力の水蒸気流は水蒸気タービン６４および６７に供給する。空気は予め 圧縮した液体酸素と熱交換され、空気分離器内で分離される。液体酸素は蒸発し 、この条件下で分離塔に供給される。従って、この空気流は抽出する酸素の重量 によって明確に規定される。しかし発電プラントが全負荷である場合、燃焼室４ ２および４３から一層多くの空気を部分流７８として抜き出すのが有利である。

発電の際、熱交換器７５には通過されない高圧空気の部分流７８は高圧空気用膨 張タービン７９内で膨張され、かつ、熱交換器８０内で冷却されるとともに水蒸 気タービン６７内で同様に用いる中圧水蒸気８１を発生した後、圧縮機７１によ って送出されかつ空気分離プラントにやはり導入される中圧空気流に供給される 。この場合、膨張タービン７９は、周波数変換器８３に接続したモーター８２お よび窒素圧縮機８４とともに一軸上に配列されている。空気分離プラント７３内 で製造した酸素は管８５を経てガス化剤として溶鉱ガス化器に供給する。すでに 述べたごとく、管５によって示すごとく純粋な酸素に加えて、不活性ガスまたは 酸素含有ガスを溶鉱ガス化器１にさらに供給することができる。空気分離プラン ト７３において製造した窒素は、８６を経て抜出しかつ窒素圧縮機８４内で圧縮 した後、燃焼室４２および４３に供給するために燃焼ガスに加える。燃焼室で用 いるための可燃性ガス中にこのようにして窒素ガスを添加することは、ガスター ビンを備えた水蒸気発電プラントの実質的な全負荷運転において、燃料ガスの発 熱量の低下をきたし、一方ガスタービンの燃焼室に水蒸気を導入することは発電 プラントの部分負荷条件下において酸化窒素の生成を最低にしかっただ１台のガ スタービンによって発電プラントを操業するという目的に役立つ、このようにし て空気分離器は発電プラントの全負荷時に成分に分離すべき空気をより多く受入 れるのみならず、特にガスタービンから取り出す圧縮空気の量が増加する。

参照数字８７は空気分離プラント７３からの窒素に富む廃生成物の排出を示す。

ＦＩＧ、　２ 国際調査報告 国際調査報告 ＾Ｔ　９００００１６ ＳＡ　　　　３４２６４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）酸素または酸素が富化された空気によって操作され、望ましくは鉄を含有 する予備還元された鉱石（１３）、石炭（４）およびスラグ生成剤（１５）が装 入される溶鉱ガス化器（１）であって、このガス化器から溶融物（６）、液状ス ラグ（７）および可燃性ガス（８）が排出され、また可燃性ガス（８）を製造す るために必要な量を上まわるさまざまな量で石炭（４）が使用される溶鉱ガス化 器内で可燃性ガスを製造する方法において、生成するガスを少くとも二つの部分 的な流れ（９，１０）に分け、溶鉱ガス化器（１）内に装入すべき鉱石（１３） を予備還元（２）するため、生成する可燃性ガスの第一の部分流れ（９）を用い 、鉱石の予備還元（２）に必要な部分的な量を上回る部分的な量のガスを脱硫反 応器（３）に供給し、これから脱硫反応の反応生成物および完全には反応してな いスラグ生成剤を排出しかつ溶鉱ガス化器（１）にスラグ生成剤（１５）として 供給することを特徴とする可燃性ガスの製造方法。 （２）溶鉱ガス化器（１）への石炭（４）流と脱硫反応器（３）からの固形物質 流とを、固形物質用の制御可能な供給器（１６，１７）によって量的に相互関連 するように調整する請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）予備還元工程（２）において適用する割合とは異なる割合においてＭｇＣ Ｏ３とＣａＣＯ３とを脱硫工程（３）に供給する請求の範囲第１または２項に記 載の方法。 （４）脱硫反応器（３）の下流から抜出し、冷却しかつ精製した可燃性ガスを予 備還元工程（２）に供給する部分的なガス流（９）に添加する請求の範囲第１， ２または３項のいづれかに記載の方法。 （５）脱硫反応器（３）から流出するガスを、高圧水蒸気（２７）を製造しつつ 輻射熱交換器（２６）内で予備冷却し、遠心力分離器（２８）内でガスから粉塵 を除去し、高圧水蒸気（３０）と中圧水蒸気（３１）とを製造しつつ対流熱交換 器（２９）内でガスをさらに冷却し、低圧水蒸気または供給水に伝熱することに より最終段階（３２）において最後的に冷却しかつ引続いて洗浄することを特徴 とする請求の範囲第１から第４項のいづれかに記載の方法。 （６）予備還元工程（２）において用いる部分的なガス流（９）を、還元シャフ トから流出し、遠心力分離器（１９）内で粉塵が除去された後、中圧水蒸気（２ １）を製造するように対流熱交換器（２０）内で冷却し、低圧水蒸気または供給 水に伝熱することにより後縁する冷却段階（２２）において最終的に冷却しかつ 最後に洗浄することを特徴とする請求の範囲第１項から５項のいづれかに記載の 方法。 （７）予備還元工程（２）に用いる部分的ガス流（９）を約８５０℃まで冷却す る請求の範囲第１項から６項のいづれかに記載の方法。 （８）予備還元工程（２）において用いるガス流（９）が、生成する可燃性ガス 流の２５〜９５％、望ましくは４０〜８０％に達する請求の範囲第１項から７項 のいづれかに記載の方法。 （９）脱硫反応器（３）から排出され溶鉱ガス化器（１）に供給されるスラグ生 成剤（１５）からなる固形物質を、鉱石（１３）とともに予備還元工程（２）に 装入する石炭灰、鉱石の脈石および望ましくは炭酸塩である塊状のスラグ生成剤 から生成する１次スラグと同じ塩基性をスラグ（７）がもつように調整する請求 の範囲第１項から８項のいづれかに記載の方法。 （１０）溶鉱ガス化器（１）で使用するガス化剤が純粋な酸素および（または） 残留窒素含有率が約１０％の酸素および（または）Ｏ２と水蒸気との混合物およ び（または）高温空気とＯ２との混合物および（または）還元工程からの再循環 される流出ガス中に含まれる酸素以外の別な酸素担持体としてのＣＯ２である請 求の範囲第１項から９項のいづれかに記載の方法。 （１１）予備還元工程（２）からの流出ガスをガス化剤として用いる場合に、ガ ス化チャンバー（１）内で炭化水素化合物と炭素／窒素化合物とを分解するのに 必要な温度水準特に１０００℃を上まわる温度において頭熱を消費する請求の範 囲第１項から１０項のいづれかに記載の方法。 （１２）溶鉱ガス化器（１）内でガス化剤として高温空気とＯ２とを用いる場合 、高温ガスと熱交換することによりまたはガス化器に供給する空気法内で少量の 燃料望ましくは少量のガスを燃焼することにより高温空気を加熱する請求の範囲 第１項から１１項のいづれかに記載の方法。 （１３）生成するガスの大部分を、ガスタービン（４２，４３，５０，５１，５ ４，５５）を備えた水蒸気発電プラントに供給し、発電プラントの負荷が最低で ある場合、還元段階からの流出ガスをガスタービン（５０，５１）の燃焼室（４ ２，４３）内で部分的にまたは全部燃焼し、このタービンからの高温流出ガスを 、高温ガス流から得られる水蒸気とともに水蒸気タービン（６４，６７）中で使 用する水蒸気を製造するために使用し、発電プラントが全負荷である場合、還元 工程を操業するのに必要としない石炭のガス化から得られるガスの大部または全 部、発電の目的で運転する少くとも一台の別なタービンにおいて発電するために 使用する請求の範囲第１項から１２項のいづれかに記載の方法。 （１４）発電プラントの全負荷時には、望ましくは回転速度に関して制御される 前段圧縮機によって助勢されるガス圧縮機（５３，６２）によって、一台以上の ガスタービン（５０，５１）の一つ以上の燃焼室（４２，４３）に可燃性ガスを 供給する請求の範囲第１３項記載の方法。 （１５）ガスタービンを設置した水蒸気発電プラントが全負荷である場合、速度 制御されたガスの前段圧縮（３８）が、全圧縮仕事の約２０％を供給する請求め 範囲第１３項または１４項に記載の方法。 （１６）圧縮空気（５６，５７）を一台以上のガスタービン（５０，５１）の一 つ以上の燃焼室（４２，４３）から排出し、冷却しかつ全体を空気分離プラント （７３）に供給し、少くとも発電プラントの全負荷運転において、空気分離プラ ント（７３）内で実質的に非圧縮の生成物を生成するのに必要な圧力水準まで、 この空気流の一部を望ましくは動力発生タービン（７９）内で膨張し、またこの 空気分離プラントのための圧縮空気の部分的膨張流を、望ましくは水蒸気タービ ン（６４）で駆動する空気圧縮器（７１）によって、空気分離工程（７３）で必 要とする圧力水準に昇圧された別な圧縮空気流（７２）とともに空気分離プラン ト（７３）に供給する、請求の範囲第１３項から１５項のいづれかに記載の方法 。 （１７）一台以上のガスタービン（５０，５１）の一つ以上の燃焼室（４２，４ ３）から導出され動力発生タービン（７９）を通って膨張されてはいない圧縮ガ ス（５６，５７）の部分的な流れを空気分離器（７３）内で向流的に液状酸素へ と凝縮し、液状において膨張しかつ空気分離器の分離塔内の液溜めに供給する請 求の範囲第１６項記載の方法。 （１８）一台以上のガスタービン（５０，５１）の一つ以上の燃焼室（４２，４ ３）に供給する燃料ガスにまたはバーナーに水蒸気を供給しかつ（または）空気 分離工程（７３）から来る窒素を燃料ガスと混合する請求の範囲第１３項から１ ７項のいづれかに記載の方法。 （１９）発電プラントが最低負荷である時、つまり１台のガスタービンによって 還元工程（２）の流出ガスを使用している時は、酸化窒素の生成を最低にするた めに主として水蒸気をこのタービンに供給し、一方、発電プラントが全負荷であ る場合、窒素を添加することによる燃料の熱量の低下が、酸化窒素の生成を抑制 する効果の主体をなすので、水蒸気は廃ガス中に許容されるＮＯｘ含有率の微調 整を行うために各ガスタービン（５０，５１）に少量づつ主として供給する請求 の範囲第１３項から１８項のいづれかに記載の方法。 （２０）動力を制御しつつ圧縮空気（７８）を膨張するために、窒素（８５）の ための圧縮機（８４）をタービンとともに一軸上に配列し、かつ原則としてター ビンによってこれを駆動し、発電ブラントの負荷が増大するに従って窒素の質量 流量を徐々に増大するように吐出させかつ回転速度に関して望ましくは制御可能 でありまた周波数変換器（８３）を介してエネルギー供給される多相誘導モータ ーとして特に設計されている別な駆動手段（８２）から不足の駆動力を受容させ る、請求の範囲第１３項から１９項のいづれか１項に記載の方法。