JPH0641552A - 石炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、石炭を急速に加熱・熱分解させる
熱源用の高温ガスを生成する高温ガス発生炉において、
同炉の炉温を任意にコントロールすることにより、耐火
物の寿命延長と炉壁からの熱損失減少を図り、操業性向
上と製造コスト削減を狙う。 【構成】 石炭および炭素質原料を高温のガスで急速に
加熱・熱分解する熱分解反応炉の出口に粒子捕集器を設
け、捕集した高温チャーをガス化の熱源燃料として、高
温ガス発生炉にフィーダを介してリサイクルする際、こ
の捕集チヤー量を燃焼用の酸化ガス量に対して化学量論
以上の任意の量にリサイクルし、炉温を任意にコントロ
ールする石炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭および炭素質原料
を急速に加熱して熱分解させ、ガス、タール、および固
形チャーを製造する石炭急速熱分解炉の炉温コントロー
ル方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭の熱分解法にコークス炉があ
る。この方法はコークス生産を主目的としており、付加
価値の高い燃料ガスおよびタールを大量に生産するには
不適であった。

【０００３】近年、石炭の急速加熱、熱分解により、燃
料ガスおよびタールの有用生成物を大量に製造するプロ
セスの研究が行われている。

【０００４】特開平１―１１３４９１は、石炭タールの
製造方法において、石炭の熱分解生成ガスを１０００℃
前後に加熱した後、熱分解炉内の石炭流に噴射して循環
使用することを特徴とする熱分解法である。

【０００５】この方法では、石炭の熱分解に必要な熱を
循環ガスの間接加熱により供給している。

【０００６】熱分解炉に酸素等の酸化剤を直接的に供給
しないため、炉内での燃焼反応が無く、当然のことなが
ら炉内での高温部分の発生が抑制され、炉内耐火物の損
傷が少ない。

【０００７】その結果、設備の保全性、操業の安定性等
に優れた石炭の急速加熱、熱分解プロセスが提供出来
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、熱分解の所要熱の供給に必要なガスの循環量はガス
の加熱温度にもよるが１５００〜３０００Ｎｍ³／ｔ―
ｃｏａｌであり、多量の高温ガスをリサイクルしなけれ
ばならない欠点がある。

【０００９】熱分解炉から排気された７００℃前後の高
温ガス中のチャーを固気分離回収した後、ガスを冷却し
てタールを回収する。

【００１０】このガスの一部を石炭熱分解に必要なリサ
イクルガスとして分岐昇圧した後、１０００℃前後に熱
交換器で加熱し熱分解炉に吹き込み、熱分解に必要な熱
量を供給する。

【００１１】この場合、リサイクルガスを昇圧機を含む
循環装置の保全の目的で、不純物を除去し、かつ冷却し
た後に昇圧し再度高温に再加熱をせざるを得ない。

【００１２】したがって、リサイクルガスの冷却・熱回
収および加熱におおきな負担を強いられる。

【００１３】この結果、熱効率が悪く、かつ設備コスト
の増大が避けられない。

【００１４】また、この欠点を補うため、熱分解炉に酸
素を供給し石炭及び／もしくはチャーを燃焼させるプロ
セスが考えられる。

【００１５】この場合、生成ガスの高カロリー化を狙う
と燃焼用空気の酸素濃度を高める事が必要になり、燃焼
温度が高温化し、灰分が溶融スラグ化する。

【００１６】このため、溶融スラグが流下する箇所の耐
火物はスラグに侵食され耐久性が著しく損なわれる。

【００１７】また、炉温の高温化により炉壁からの熱損
失が大になる。このため、炉の寿命が短く設備コストが
多大にかかる欠点がある。

【００１８】そこで、本発明において解決すべき課題
は、多量のリサイクルガスを要しないで、かつ石炭熱分
解炉内の燃焼温度を低温側にコントロールすることによ
って、設備費が安価で操業性に優れた手段を確立するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、 （１）石炭および炭素質原料を供給し高温のガスで急速
に加熱・熱分解する熱分解反応炉と、石炭及び／もしく
はチャーを燃焼させて前記した反応を促進させる高温ガ
スを生成する高温ガス発生炉を連結し、熱分解反応炉の
出口の粒子捕集器で、捕集した高温チャーをガス化の熱
源燃料として、高温ガス発生炉にフィーダを介してリサ
イクルするガス、タールおよび固形チャーを製造する石
炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法において、捕集
チャー量を燃焼用の酸化ガス量に対して化学量論以上の
任意の量にリサイクルすることを特徴とする石炭急速熱
分解炉の炉温コントロール方法。

【００２０】（２）粒子捕集器の下部にフィーダを配設
し、高温ガス発生炉の炉温を検出して、フィーダのキャ
リアガス量を制御し高温ガス発生炉へのチャーリサイク
ル量を加減して、高温ガス発生炉の炉温をコントロール
することを特徴とする（１）記載の石炭急速熱分解炉の
炉温コントロール方法、

【００２１】（３）高温ガス発生炉にチャー燃焼バーナ
ーとチャー吹き込みノズルを配設し、チャー吹き込みノ
ズルからのチャーリサイクル量を加減することにより、
高温ガス発生炉の炉温をコントロールすることを特徴と
する石炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法、であ
る。

【００２２】

【作用】本発明ではチャーを燃焼用とは別に、多量に高
温ガス発生炉にリサイクルさせることによって、生成ガ
スの見かけ比熱を大にし、熱分解に必要な熱量は保持し
て生成ガスの温度を低下させる。

【００２３】例えば、灰分のスラグ化温度が１５００℃
の特性の石炭の熱分解の場合、高カロリー生成ガスを得
るため、空気中の窒素分をなくすためチャーを酸素燃焼
させると高温ガス発生炉での燃焼温度が約１８５０℃と
非常に高温になる。

【００２４】この高温では特殊な耐火物を除いては耐久
性がない。その耐火物は一般的でなく、またコスト的に
使いずらい。

【００２５】このため、チャーのリサイクル比（チャー
リサイクル量／石炭処理量）を例えば約０．５にすると
燃焼温度は約１６００℃に低下し、特殊な高価な耐火物
を使う事なく耐火物の寿命延長が図れる。

【００２６】また、チャーのリサイクル比を加減するこ
とにより、高温ガス発生炉の炉温のシビアーな管理とス
ラグの流動性のコントロールが可能になる。

【００２７】更に、チャー燃焼用バーナーとチャー吹き
込みノズルを別々に配設することにより、チャーの燃焼
性を損なうことなく大幅な炉温のコントロールが可能と
なる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例により本
発明を具体的に説明する。

【００２９】図１は本発明の石炭熱分解炉を示す概略図
である。

【００３０】微粉砕した石炭１を供給ホッパー２に一時
的に貯えフィーダー３で切り出し、エジェクター４でキ
ャリアガス５によって気流搬送しノズル６を介して熱分
解反応炉７へ供給する。

【００３１】熱分解反応炉７の下部に配設した、高温ガ
ス発生炉８から上昇してきた高温ガス９によって、石炭
が急速に加熱され、熱ガスとの上昇過程で石炭中の揮発
分が熱分解し、コークスガスとタールとなる。

【００３２】他はチャーとして固形状を呈する。これら
は、共に熱分解反応炉７を上昇し、煙道１０で２段のサ
イクロンに導入される。

【００３３】２段のサイクロン１１、１２を通過する過
程で固気分離する。１段目サイクロン１１で大部分のチ
ャーをガスから分離捕集し、チャーは下降管１３でニュ
ーマチックフィーダーＡ１４に下降する。

【００３４】２段目サイクロン１２でさらにチャーを捕
集する。固気分離された生成ガスは、２段目サイクロン
１２出口の煙道２７でガス処理装置に送気される。

【００３５】この捕集チャーは下降管１５、ニューマチ
ックフィーダーＢ１６を介して下降管１３に送られる。
ニューマチックフィーダーＡ１４で高温ガス発生炉８に
リサイクルするチャーが切り出される。

【００３６】リサイクルチャーをエジェクター１８でキ
ャリアガスによって気流搬送し、高温ガス発生炉８に取
り付けたバーナー１９で酸素２０と混合燃焼させる。

【００３７】高温ガス発生炉８の炉温を温度検出器２１
で検出し、炉温制御器２２により流量調節弁２３を作動
させて、ニューマチックフィーダーＡ１４のキャリアガ
スをコントロールして、チャーのリサイクル量を制御す
る。

【００３８】高温ガス発生炉８には、起動用バーナー２
４が別に配設されている。高温ガス発生炉８で生成した
溶融スラグは内壁面を流下して冷却ポット２５で冷却さ
れ、排出弁２６から系外に排出される。余剰のチャーは
排出フィーダー１７で系外に排出される。

【００３９】図２は水冷壁構造で酸素燃焼式の高温ガス
発生炉８におけるチャーリサイクルの特性を示す図であ
る。

【００４０】チャーのリサイクル比（チャーリサイクル
量／石炭処理量）と炉温、抜熱率（熱分解炉８における
全入熱量に対する高温ガス発生炉の炉壁抜熱量の比率）
との関係を示す。

【００４１】例えば、灰分のスラグ化温度１５００℃の
石炭の熱分解では、チャーリサイクル比０の場合、高温
ガス発生炉８での炉温が約１８５０℃と非常に高温にな
る。

【００４２】このため、高温ガス発生炉８の耐火物は高
温にさらされ、かつ溶融スラグによる侵食のため、耐火
物の減耗が激しい。

【００４３】したがって、水冷壁構造とし、炉内側にス
ラグを固着させスラグ層によるセルフライニングにより
断熱する方法を採る。

【００４４】この場合、炉壁の寿命は永くなるが、炉壁
からの熱損失が増大し、熱分解炉全入熱量の３０数％も
の大量の抜熱量となる。

【００４５】この熱量の有効的な回収が可能であればよ
いが、通常は難しい。このため、大半が熱損失となり熱
効率が悪いプロセスで有った。

【００４６】このため、本発明ではチャーを燃焼用とは
別にリサイクルさせ、高温ガス中へ未反応チャーを懸濁
させることによりガスの見かけ比熱を大にし、熱分解に
必要な熱量は保持して生成ガスの温度を低下させる。

【００４７】図２に示すようにチャーのリサイクル比を
増大していくと炉温は低下し、抜熱率も減少する。

【００４８】例えば、約０．４５のチャーリサイクル比
でチャーをリサイクルすると炉温は２５０℃も低下して
１６００℃にコントロール出来る。

【００４９】この炉温では、灰分のスラグ化も十分達成
でき、耐火物の減耗も少なくなり、さらに抜熱率が約１
０％まで減少し、操業性、コスト的にも優れたものにな
る。

【００５０】また、他の例として灰分のスラグ化温度が
１２００℃の場合を示すが、灰分のスラグ化温度が低い
石炭の熱分解程、チャーリサイクルによる炉温コントロ
ール範囲が広くなり効果が大となる。

【００５１】この様に灰分のスラグ化性に応じた炉温の
コントロールを、チャーのリサイクル比を変える事によ
って可能である。

【００５２】図３は本発明の石炭熱分解炉の他の実施例
を示す概略図である。

【００５３】１段目サイクロン１１の下降管１３の下端
にニューマチックフィーダーをチャー燃焼用バーナー供
給用とチャー吹き込みノズル用に各々設ける。

【００５４】チャー燃焼用バーナー１９へのチャーの供
給はチャーの安定燃焼が得られる酸素比の範囲に入るよ
うにニューマチックフィーダー１４Ｂのキャリアガス量
を制御装置２８で調整することによってコントロールす
る。

【００５５】高温ガス発生炉８の炉温は、主にチャー吹
き込みノズル２９からのチャーリサイクル量でコントロ
ールする。

【００５６】この制御は、高温ガス発生炉８の炉温を温
度検出器２１で検出し、炉温制御器２２により流量調節
弁２３を作動させて、ニューマチックフィーダー１４Ａ
のキャリアガスをコントロールして、チャーのリサイク
ル量を制御する。

【００５７】この方式により、チャーの安定燃焼を維持
しながら、高温ガス発生炉８の炉温を任意に設定可能と
なる。

【００５８】また、チャーを大量にリサイクルする事に
より、高温ガス発生炉８の炉温をスラグ化温度以下にセ
ットし、石炭の灰分をスラグ化しないプロセスの選択も
可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明においては、
高温ガス発生炉において燃焼用の酸化剤に対して、化学
量論以上にチャーをリサイクルすることによって、炉温
を石炭の灰分がスラグ化する最低温度にコントロールす
る。これにより、製造コストと安定操業性に優れ、生産
負荷変動への対応性が向上する。

【００６０】本発明には以下の効果があげられる。 高温ガス発生炉の耐火物の損傷が少なくなり、耐火物
のコストの低減と操業安定性が向上する。 高温ガス発生炉の炉壁からの熱損失が減少し、熱効率
が向上する。 石炭の性状、生産負荷変動等への対応性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の石炭熱分解炉を示す概略図である。

【図２】高温ガス発生炉におけるチャーリサイクルの特
性を示す図である。

【図３】本発明の石炭熱分解炉の他の実施例を示す概略
図である。

【図４】従来技術を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 石炭 ２ ホッパー ３ フィーダー ４ エジェクター ５ キャリアガス ６ ノズル ７ 熱分解反応炉 ８ 高温ガス発生炉 ９ 高温ガス １０ 煙道 １１ １段目サイクロン １２ ２段目サイクロン １３ 下降管 １４ ニューマチックフィーダーＡ １５ 下降管 １６ ニューマチックフィーダーＢ １７ 排出フィーダー １８ エジェクター １９ チャー燃焼用バーナー ２０ 酸素 ２１ 温度検出器 ２２ 炉温制御器 ２３ 流量調節弁 ２４ 起動用バーナー ２５ 冷却ポット ２６ 排出弁 ２７ 煙道 ２８ 制御装置 ２９ チャー吹き込みノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小水流 広行 富津市新富20―１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 橋本 茂 富津市新富20―１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭および炭素質原料を供給し高温のガ
   スで急速に加熱・熱分解する熱分解反応炉と、石炭及び
   ／又はチャーを燃焼させて前記した反応を促進させる高
   温ガスを生成する高温ガス発生炉を連結し、熱分解反応
   炉の出口の粒子捕集器で、捕集した高温チャーをガス化
   の熱源燃料として、高温ガス発生炉にフィーダを介して
   リサイクルするガス、タールおよび固形チャーを製造す
   る石炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法において、
   捕集チャー量を燃焼用の酸化ガス量に対して化学量論以
   上の任意の量にリサイクルすることを特徴とする石炭急
   速熱分解炉の炉温コントロール方法。
2. 【請求項２】 粒子捕集器の下部にフィーダを配設し、
   高温ガス発生炉の炉温を検出して、フィーダのキャリア
   ガス量を制御し高温ガス発生炉へのチャーリサイクル量
   を加減して、高温ガス発生炉の炉温をコントロールする
   ことを特徴とする請求項１記載の石炭急速熱分解炉の炉
   温コントロール方法。
3. 【請求項３】 高温ガス発生炉にチャー燃焼バーナーと
   チャー吹き込みノズルを配設し、チャー吹き込みノズル
   からのチャーリサイクル量を加減することにより、高温
   ガス発生炉の炉温をコントロールすることを特徴とする
   石炭急速熱分解炉の炉温コントロール方法。