JPH06500134A - 固定層石炭をガス化する方法及び装置 - 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】 発明の名称：固定層石炭をガス化する方法及び装置及匪葛１遣 石炭、炭（ｃｈａｒ）又はコークスは、加熱した空気、酸素、蒸気若しくは二酸 化炭素又はこれらの混合物との反応により、ガス状生成物に転化される。これは 石炭ガス化（Ｃｏａｌ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と称される周知のプロセス である。

石炭ガス化による生成物は、水素及び−酸化炭素を含む混合物であり、さらに窒 素、二酸化炭素、蒸気、硫化水素、有機硫黄化合物、恐らくはタール及びダスト 等をも含み、これらの量はガス化方法及び使用する反応物に応じて変動する。

大気圧下、及び高圧下における石炭ガス化方法については、約１世紀に亘って研 究が行なわれているが、未だに多くの問題があり、ガス生産を効率良く行なうこ とができない。石炭はアグロメレーションによって粘着性の表面を形成する傾向 がある。石炭を加熱すると、タール分及びアスファルト分が浸出するため、自由 膨張番号の高い石炭をガス化装置に使用すると、石炭の塊状化（ｃｌｕｍｐｉｎ ｇ）及びケーキングを生じる不都合がある。

代表的なガス化装置は、対向流（ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ）型てあり、石炭は重 力作用によって下向きに流れる。一方、石炭の加熱及びガス化のために使用する 空気と蒸気は、石炭層（ｃｏａｌ　ｂｅｄ）を通って上方に移動し、原料石炭は ガス化装置上部の比較的温度の低いゾーンに供給され、その近くで石炭ガスその 他の揮発性物質（ｖｏｌａｔｉｌｅｓ）は装置を出て行く。これは、石炭の膨潤 （ｓｗｅｌｌｉｎｇ）特性及びケーキング特性を悪化させることになる。

従来のラージ（Ｌｕｒｇｉ）圧力ガス化装置は、圧力容器の上端部に石炭のロッ クホッパーを設けており、該ホッパーを通じて所定サイズの石炭が加圧下で導入 される。揮発分を除去するゾーン（ｄｅｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｚｏｎ ｅ）の有孔性（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を維持し、形成されるいかなる塊状物（ａｇ ｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ）をも粉砕するために、石炭層はその上端部で攪拌される 。石炭は、圧力容器の下端部に加熱蒸気及び酸素を加えることにより、１８００ °Ｆ乃至２３００°Ｆの温度に加熱する。回転式の格子又は火格子（ｒｏｔａｔ ｉｎｇ　ｇｒａｔｅ）を圧力容器内の下端部に配備し、ガス化しようとする石炭 を投入する。しかし、ラージのガス化装置は、原料ガス（ｒａｗ　ｇａｓ）の出 口が石炭層上部に非常に近い位置にあるため、タール、微塵、微細な石炭等がガ ス化装置の排気流の中に流れ込むという大きな欠点がある。

モーガンタウン・エネルギー・テクノロジー・センター（ＭＥＴＣ）のガス化装 置も同じ様な考え方に基づくものであり、石炭は上部に導入し、空気／蒸気は底 部に導入し、互いに向かい合う方向に流すようにしている。一般的には、石炭は 、加圧されたロックホッパーから速度可変式回転フィーダに供給され、石炭はこ こでスクリューフィーダに分配される。スクリューフィーダは十分に速い一定の 速度で作動しているから、石炭は、粘着性を呈する温度まで昇温する前に、圧力 容器の中に運ばれる。

石炭が粘着質になると、運ぶことができなくなる。水冷構造を備え、液圧駆動す る３枚ブレードの攪拌器を用いることにより、層の有孔性を維持し、ケーキング の強い石炭（粘結炭）の使用を可能ならしめることができる。ラージのガス化装 置の場合、タール、細粒物は、生成ガス中に存在する。より重要なことは、ＭＥ ＴＣの装置は深層を攪拌する機能を必要とすることである。これは、水冷シャフ トのベアリングと圧力シール構造に対して複雑な力を及ぼす。この力は、ガス化 装置の圧力容器に入るときに生じるもので、ゆっくりと回転させる力と、移動さ せる力である。

これら従来の石炭ガス化装置の中で強粘結炭を使用すると、一定時間に処理でき る原料の量は少なくなる。このため、ガス生産量は極端に低下し、最大処理能力 の半分以下にもなる。これは、石炭が粘着質となって膨張し、石炭層内部での分 解によってガス径路が短絡されてしまうためである。この短絡は、「チャネリン グ」と呼ばれ、必要なガスが供給されなくなり、効率の良いガス化反応を実施す るために必要な石炭との接触及び相互作用を行なうことができないため、重大な 問題である。

ガス化装置の通過時間を短縮するために十分高い温度で石炭を加熱をしようとし ても、強粘結炭の場合、膨張工程自体が制限を受ける。従って、加熱してもアグ ロメレーション及びその後のチャネリングを伴うことなく、石炭の揮発分を除去 （ｄｅｖｏｌａｔｉｌｉｚｅ）できる石炭ガス化プロセスを提供することは有用 なことである。

及囲二ｌ遣 本発明は、燃料をガス化するための方法及び装置に関し、処理能力に制限を受け ることなく広範囲に亘る石炭を処理できるようにすることを目的とする。

本発明は、対向流によらずに石炭をガス化する方法及び装置に関し、生成される 可燃性ガスに含まれる石炭タールを最少にすることをさらに目的とする。

本発明は、生成される可燃性ガスに含まれるナトリウム及びカリウムの揮発アル カリを最少にすることをさらに目的とする。

本発明は、石炭ガス化装置及び方法に関し、石炭層における空気と蒸気のチャネ リングを最少にすることを目的とする。

本発明は、固定層（ｆｉｘｅｄ　ｂｅｄ）の燃料をガス化するための方法及び装 置に関し、石炭の如くケイキング性の高い物質（ｈｉｇｈｌｙ　ｃａｋｉｎｇ　 ５ｕｂｓｔａｎｃｅｓ）をガス化するのに有用な方法及び装置を提供することを さらに目的とする。

本発明の装置は、圧力容器の中に石炭の熱分解器（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｄｅｖ ｉｃｅ）を配備したものである。熱分解器は、一端が開口した筒状のハウジング を有している。このハウジングは圧力容器の中に進入させている。望ましくは、 ハウジングは固定層石炭をガス化する装置たる圧力容器と軸心を共通するように 揃えて配置される。熱分解器と圧力容器の間に環状空間が形成され、該空間に回 転火格子が収容される。回転火格子は熱分解器の周囲に配備される。筒状の熱分 解器から圧力容器の中に放出された材料は火格子の上に堆積する。熱分解器は、 石炭成分を揮発又は蒸発させるのに十分な温度、かつ粘着質のタール浸出物を生 成するよりはむしろ石炭表面上に保護外皮を形成するのに十分な温度に達するま で、その下部に導入された石炭を加熱する。石炭の熱分解による生成物は、熱分 解器の上端部から出て、石炭ガス化圧力容器の中に直接送られる。ガス化する反 応物を、熱分解器の出口端部に隣接する圧力容器に供給する。圧力容器内の材料 をガス化する反応物と反応させるために、十分な滞留時間を与えて、揮発分を取 り除いた石炭の炭素成分を酸化させて一酸化炭素になるようにする。この圧力容 器の中でガス化が行なわれるが、石炭のケーキングやアグロメレーションの懸念 はない。

本発明のプロセス（方法）は、一端が開口した熱分解器の筒状体の第１の端部に 燃料を導入する工程を有している。燃料は筒状体の中に供給され、可燃性ガスと オキシダントを燃料と化合（ｃｏｍｂｉｎｅ）させることによって加熱される。

これら成分は同じ方向に流れて、燃料の揮発分が取り除かれる。熱分解による生 成物は、その一部が固定層のガス化を行なう圧力容器の中で燃焼する。揮発分が 除かれた燃料は熱分解器から直接圧力容器の中に配合ガス（ｃｏｍｂｉｎａｔｉ ｏｎ　ｏｆ　ｇａｓ）として分配される。灰は重力によって、ガス化装置の圧力 容器の中に落下する。炭素のガス化に必要な蒸気と空気は、圧力容器の上部に導 入される。その結果、圧力容器を出て行くガスと灰は、圧力容器の高温ガス化領 域を通って同時に下向きに流れる。

全ての炭素が一酸化炭素を生成するように滞留時間を十分にとる。次に、燃料の 熱分解とガス化の組合せによって生じた低ＢＴＵガスを圧力容器から取り出す。

Ｍ旦皇皇ｍ 図１は本発明のガス化装置の説明図である。

図２は本発明のガス化装置の主な作用的特徴を示す図である。

図３は、図１及び図２に示した回転格子の詳細図である。

光浬目と１劃」す１朋 広義において、装置は、少なくとも２つの要素、即ち、燃料をガス化するための 圧力容器と、固体燃料を熱分解するための手段から構成される。両要素とも、様 々な方法にてリンクさせることができる。しかしながら、重要なことは、ガス化 を行なう前に、燃料のほぼ全てを熱分解させることにある。これによって、後述 の如く、燃料粒の凝集又はアグロメレーションを防止することができる。望まし くは、揮発分が除かれて熱分解した燃料は熱分解器を出て、ガス化装置の高温領 域に入るようにする。

ガス化すべき固体材料は、重力作用によって、固定層を回転させる火格子に落下 する。望ましい一実施例では、熱分解成分は下方から圧力容器に入るようにして いるが、その他の構成にすることもできる。なお、「燃料」なる語には、炭素質 のいかなる固体物質をも含まれるものとする。例えば、石炭、廃棄（ｒｅｆｕｓ ｅ−ｄｅｒｉｖｅｄ）物質、木材等を挙げることができるが、これらに限定され るものではない。本発明にかかる装置及び方法は、石炭を用いる場合について説 明するが、石炭以外にも前述した如き燃料を使用できることは理解されるべきで ある。

本発明にかかる石炭ガス化装置の一実施例を図１に示す。装置（１０）には、エ ントレイン層（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ−ｂｅｄ）を熱分解する手段、即ち熱分解器 （１２）を、圧力容器（Ｉ４）の軸心と共通させて、その実質的部分を圧力容器 （１４）の中に収容している。熱分解器（１２）は、石炭、空気及び可燃性ガス （１６）を結合し、着火したこれらの混合物を熱分解器の中を通して、高温の上 方に向けて移動させる。混合物が揮発し始めると、石炭から粘着性のタールが生 じ、熱分解器内の高温によって分解（ｃｒａｃｋ）する。石炭中のタール分とア スファルト分が熱分解することよって、石炭としての性質が薄れ、ガス化装置の 内部に粘着質の集塊表面（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｎｇ　５ｕｒｆａｃｅ）が形 成される。石炭の熱分解生成物は、熱分解器（１２）の上部から出て行き、固体 物質は重力作用により、圧力容器（１４）の固定層の上表面（１８）に落下する 。熱分解器から出た固体物質は、導管（２０）を通じて圧力容器の上部に導入さ れた加熱空気及び蒸気の存在によって酸化される。生成した炭素質、その他のガ スは下方に運ばれ、次に内フランジ（５５）の周囲を上方に進み、導管（２２） を通って圧力容器から出て行く。

灰の如き不燃性の固体物質は、出口ポート（２４）を通じて熱分解器から排出さ れる。灰の中に残っている残留炭素（カーボン）を燃焼させるための十分な空気 、及び火格子を冷却するための蒸気（必要な場合）が導管（５７）を通じて導入 される。

なお、「熱分解（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）　Ｊなる語は、石炭を加熱する一般的な 工程を意味しており、石炭の熱的分解、及びカーボン中に残存する固体物質の進 行性濃縮物の熱的分解を広く含むものである。典型例として、これは５００〜５ ５０℃（９３２〜１０２２°Ｆ）よりも高温で行なわれる。石炭を高温で熱分解 して得られる生成物として、（ａ）ガス及びタールからなり、水素リッチの揮発 分、（ｂ）タールと称されるカーボンリッチの固体分を挙げることができる。

石炭の熱分解によって生じるガス状の揮発物質には、メタン、−酸化炭素、二酸 化炭素、水蒸気、水素、エタン、及び窒素の酸化物を挙げることができるが、こ れらに限定されるものではない。「エントレイン層（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ−ｂｅ ｄ）Ｊなる語は、石炭粒子を上昇ガス流の中で安定状態で浮遊（ｓｕｓｐｅｎｓ ｉｏｎ）させる熱分解方法を規定するものである。これらの石炭粒子は一次ガス 流によって、インジェクターを通り、高温の縦型加熱炉に運ばれる。

図２にエントレイン層の熱分解器（２６）を示しており、従来より知られている 構造である。熱分解器は一端が開口した筒状体（２８）である。筒状体（２８） は、１０３７℃（１９００’Ｆ）以上の温度まで加熱される。石炭は中央部が熱 分解しに＜＜、加熱中に石炭のケーキングを生じる。これらの問題は、加熱した 石炭粒子をエントレイン層の不活性物質で取り囲むことにより解消する。望まし い不活性物質として、木炭又は炭（ｃｈａｒ）、石灰岩、又は砂を例示すること かできる。不活性物質には主として３つの目的がある。砂又は炭を激しく攪拌す ると、炭素質の燃料粒子は摩擦を受けるため、炭素質の燃料粒子に対して極めて 速い速度で熱伝達が行なわれる。この摩擦作用によって、新しい反応的な固体表 面が常に露出することになり、また反応する燃料粒子のアグロメレーション傾向 は軽減される。従って、石炭粒子は、不活性炭又は砂によって十分に希釈され、 ケーキングが防止される。第２に、不活性物質層は塊状の脱熱手段（ｈｅａｔ　 ５ｉｎｋ）として作用し、温度変動を軽減することができる。第３に、石灰石を か焼（ｃａｌｃｉｎｅ）　Ｌ、硫化カルシウム（ＣａＳ）の形態にしてイオウを 幾らか取り除くことができる。

熱分解器は１７１０インチのオーダに粉砕した石炭によって運転する。熱分解器 に使用される石炭の望ましい平均粒子サイズは、約０．０１５〜０．２５０イン チである。このサイズに砕いた石炭は、約８７０℃（１６００°Ｆ）以上の温度 に加熱するとき、速やかに液化するのに十分な表面積を有している。

図２を再び参照すると、本発明のエントレイン層熱分解器の内部は３つのセクシ ョンに分かれている。高温の下部チャンバー（３０）において、可燃性の開始ガ ス（例えば９０％以上のメタンを含む天然ガス）を、オキシダントの存在下にて 燃焼させる。オキシダントは例えば空気を用い、空気はガス導入口（３２）を通 じて導入される。高温の燃焼ガスを混合し、熱分解器の他のセクション、グリッ ド板（３４）及び反応層（ｒｅａｃｔｏｒ　ｂｅｄ）（３６）を通過させる。

３４７型合金からなる細管（３８）を、熱分解器の下端部から軸心を同じくして 突出させている。高圧空気はこの細管から熱分解器（２６）に送られ、石炭は空 圧によって熱分解器（２６）の中に供給される。熱分解器の下端部において、空 圧による石炭の供給速度は可変であるが、通常は、約２５０〜１５００１ｂｓ、 ／ｈｒ−ｆｔ２の範囲内である。高温の燃焼ガスを混合すると、石炭粒子の安定 な分散相（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）が上昇ガスの流れの中に形成される。燃焼ガ スの組成は、追加の空気を空気導入管（３３）から供給して特定の成分比を形成 することにより、ある限られた範囲内で調節することができる。

ガス燃焼チャンバーセクション（３０）と反応層セクション（３６）との間に、 グリッド板（３４）を必要に応じて配備する。このグリッド板はガスのディスト リビュータとなるもので、３１０型ステンレス鋼から作られる。なお、その他成 分のものを用いて同様な効果を発揮させることもできる。ガスのディストリビュ ータ板には、板を貫通する孔を複数個設けている。これらの全ては、燃焼ガスの 混合に寄与し、高温ガスを反応層セクション（３６）の中に等しく分配する。

熱分解器の上からほぼ２／３の部分は、反応層セクション（３６）であり、この セクションは圧力容器（４０）の中に収容されている。反応層セクションは、エ ントレイン層を含んでおり、該層は不活性粒子、望ましくは炭、及び燃焼する石 炭粒子からなる。エントレイン層を含む反応層セクションは、耐炎性合金から作 られる。絶縁ライニングは耐火レンガ、耐火キャスタブルを用いるが、その他の 耐熱組成物及び／又は溶接された水冷管体を使用することもできる。反応層セク ション（３６）より上方では、反応器の直径がほぼ一定であるが、拡大してより 大きなチャンバーを形成することもできる。熱分解器の上部は、反応層セクショ ンと同じように耐火材を敷設される。

熱分解器内の層の高さ、即ち石炭と不活性物質を収容する筒状体の垂直方向の長 さは可変であるが、通常は、９−３７４〜３１フイートの範囲の長さである。従 って、熱分解器要素の相対寸法は、状況に応じて広い範囲に亘って変えることが できる。例えば、熱分解器の下端は外径約４インチ程度、細管（３８）は外径約 １インチにすることができる。これらの寸法の場合、エントレイン層を含む反応 層セクションは、外径８インチにすることができる。

これらの寸法は、当該分野で周知な工学及び構成方法を用いて率に応じて適宜拡 大することができる。

熱分解器は石炭中の揮発性物質を蒸発させるのに十分な熱を生成する結果、低Ｂ ＴＵ可燃性ガスと追加の炭（未反応のカーボン及び灰）の２つの生成物がもたら される。

本発明の熱分解器要素は、石炭のケーキング及びアグロメレーションによる不都 合はない。これは、石炭と空気は、粘着性のタール浸出物を形成するよりはむし ろ石炭表面に保護外皮を形成するのに十分に高い温度にて上方に向けて進むから である。熱分解器の温度が高くなる（例えば、約８７０℃（１６００°Ｆ））に つれて、タール浸出物は炭素質の炭に分解する。

にも拘わらす、熱分解器は石炭中の固定炭素をあまり多く消費しない。従って、 急速熱分解によって生じた炭は十分にガス化されておらず、ガス化工程中に生じ たいかなる灰をも処分できるようにしている。

アグロメレーションを起こさないで石炭を部分的に酸化させるために、熱分解器 （２６）は圧力容器（４０）内を真直に出る。揮発した流出ガス（ｅｆｆｌｕｅ ｎｔ　ｇａｓ）には瀝青質のタールが含まれており、熱分解による固体生成物（ 石炭、灰及び炭）は熱分解器の管体の上部出口から押し出され、圧力容器（４２ ）の高温セクションを通過し、タールはさらに分解して炭素とガス状の炭化水素 となる。

圧力容器（４０）、即ち固定層石炭のガス化装置は、石炭中の固定炭素成分の大 部分を酸化させる。石炭ガス化による生成物は低ＢＴＵガスであり、熱分解中に 生じた一酸化炭素よりも多くの一酸化炭素を含んでいる。これはより多くの炭素 が石炭ガス化に使用されるからである。

残りの生成物は、未反応炭素が少量含まれた灰である。

図２を参照すると、ガス化反応を行なう圧力容器（４０）は、所定厚さの反応器 シェル（４４）を備えており、シェルの肉厚部が壁（４６）を形成する。ガス化 装置の壁（４６）には、高温用断熱耐火材（４８）が敷設されている。従来のガ ス化装置に耐火材を敷設すると、クリンカー（ｃｌｉｎｋｅｒｉｎｇ）傾向が著 しくなると報告されているが、本発明の装置にあってはその問題を解消させるこ とができる。これは、熱分解器の管体が石炭中の揮発性成分をクリンカーしにく いレベルまで効果的に減少させるためである。このようにして、圧力容器に耐火 材を敷設しても、それに伴う悪影響はない。他の実施例として、反応器の壁は、 その長さ部分の全体又は一部を水冷することもできる。

ガス化反応器（４０）は、最大４０気圧（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ）　（６〜７ ＭＰａ）まで耐え得る構造としている。圧力容器内の温度は、通常、９２５〜１ ０５０℃（１６９７〜１９２２’Ｆ）の範囲内である。これらの温度及び圧力条 件では、炭素は水素と化合し易く、酸素をガス化剤として用いたとき、代表的な 生成ガスは水素５０％、−酸化炭素３５％及びメタン１５％を含んでいる。

空気をガス化剤として用いた場合、代表的な生成ガスは水素１５％、−酸化炭素 ２０％及びメタン３％を含んでいる。

シェル（４４）には、ガス化剤（例えば、加熱空気、蒸気、酸素及び／又は二酸 化炭素）を導入するための導管（５０）を複数個設けている。これらの導管（５ ０）は圧力容器の上端部又はその近傍位置に設けられ、ガス化剤と液化した石炭 及びガスとが反応できるようにしている。これらは、上方に向かって進み、ガス 及び灰含有炭を含む廃物として、熱分解器の反応層（３６）から出て行く。この ため、圧力容器（４０）は、炭素のガス化に必要なガス化剤を圧力容器の上部に 導入できる構造であり、ガスと炭か協同して圧力容器（４０）の高温セクション 又はガス化領域（４２）から流れ落ちることができるようにしている。

ガス化領域（４２）は、熱分解器の上端部に近い位置から下向きに幾らかの距離 を有するゾーンである。ガス化領域の温度は、９８２℃（１８００°Ｆ）〜１２ ６０℃（２３００°Ｆ）の範囲である。このガス化ゾーンにおける主たる反応は 次の通りである。

炭素の発熱燃焼は； Ｃ＋Ｏｚ→Ｃ０２ 炭素と、蒸気及び二酸化炭素との吸熱反応は；ｃ＋Ｈｔｏ→ＣＯ＋Ｈｔ Ｃ＋　ＣＯｓ→２ＣＯ 水からガスへの発熱反応は； ＣＯ＋ＨｉＯ＝ＣＯｚ＋Ｈｚ　である。

メタンは、炭素と水素を化合することにより、及び炭素を高圧の圧力容器内で熱 分解することにより生成する。

熱分解器（２６）から出て行く石炭、および導管（５０）から入ってくる空気（ 又は酸素）と蒸気（又は水）は、同時に圧力容器（４０）を通って下に流れる。

熱分解器（２６）を出た揮発ガスは、炭素ガス化容器の高温ゾーンの中を強制的 に通過させられる。ここで、タールはカーボン及びガス状の炭化水素に分解され る。流出ガスを内部でリサイクルさせることにより、生成した可燃性ガスの中に 送り込まれる石炭タールを最少にすることができる。熱分解か行なわれる間、ガ ス化装置の高温ゾーンで生成するナトリウム及びカリウムの揮発アルカリは、ガ ス化反応器の冷却領域の中で８７０℃（１６００°Ｆ）以下の温度まで冷却され ると、凝縮して灰の中に析出するため、協同の流れ（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆ ｌｏｗ）とすることに利点がある。

アルカリなしのガスは、圧力容器（４０）の上端部近傍に配置された１又は２つ 以上の出口導管（５４）を通じて、圧力容器（４０）から取り除かれる。出口導 管（５４）は、内側のスカート、即ちフランジ（５５）の外部に配置することが 望ましい。フランジ（５５）は圧力容器（４０）の内側に設けられ、圧力容器の 壁とほぼ平行である。このフランジによって、圧力容器（４０）の壁（４６）と の間の空間（５９）が形成され、熱分解器（２６）の上部から出るガスを、圧力 容器の高温ゾーン（４２）を通って下向きに強制移動させることができる。

出口導管（５４）は、フランジ（５５）と圧力容器（４０）によって形成された 空間（５９）と協同して作用する。フランジによってより一層効率良く協同の流 れを作ることができ、流出ガスの内部リサイクルを最大のものとすることができ る。これは、熱分解器を出て行くガスは、圧力容器（４０）から出て行く前に、 回り道の径路を強制的に通過させられるからである。

熱分解器ガス、炭及びガス化剤が、ガス化ゾーン（５２）の冷却領域を通って下 向きに協同して流れるとき、約８７０℃（１６００°Ｆ）よりも低い温度にさら される。ここで、未燃焼の残存カーボン及び灰が火格子（５６）の上に堆積する 。

追加の空気と蒸気を供給するための導管（５７）は、圧力容器の下部位置に格子 （５６）に隣接して配備される。これら導管は、火格子（５６）を冷却する役割 を果たすと共に、追加のガス化剤を供給することにより、火格子（５６）の上に 堆積した炭素を最終的な燃焼を行なわしめる。

この火格子（５６）は、熱分解器の筒状体（２６）を収容できるように修正しさ えすれば、いかなる構造のものでもよい。火格子（５６）は、層（ｂｅｄ）の質 量を物理的に支持する役割を有する。また、固体層の最下部を、制御された速度 で除去する。理論的には、層の底部は、ガス化装置の燃焼ゾーンが上向きに動く のと同じ速度で除去され、燃焼ゾーンは依然として垂直方向に固定される。所定 量の固体を除去する速度は、火格子の回転によって定まる。

望ましくは、火格子（５６）は回転要素（５８）によって回転させ、灰を格子表 面に沿ってほぼ下向きに回収ポート（６０）まで落下させる。図２に示す火格子 の構造は、ラージ型火格子であるが、その他の構造の火格子を使用できることは 勿論である。

回転火格子の他の実施例として、修正されたＭＥＴＣ型格子を示すことができる 。この格子は、図３に示す如く、何枚もの平行な水平板（６２）を相互に連結し ている。

各水平板には貫通孔（６４）を形成している。複数の連結要素を用いて、一方の 水平板の水平面と、他方の水平板の水平面を互いに繋いでいる。なお、水平板を 繋ぐ際、夫々の貫通孔が同一線上に揃うように接続し、環状空間を形成して熱分 解器の筒状体（２６）を通すことができるようにする。熱分解器の筒状体は、板 の貫通孔に関して必ずしも緊密に嵌まらなくてもよく、むしろ、筒状体（２６） と、孔（６４）の外周Ｒ（６６）との間に若干の空間が形成されるように、筒状 体（２６）の直径は孔（６４）よりも小さくする。平行な水平板（６２）のうち 幾つかの水平板は、格子の回転軸となる熱分解器の中心線よりも偏心させている （なお、図３では最上部の水平板だけを示している）。これらの水平板は、灰の 径方向の流れをコントロールするために、プラウ（ｐｌｏｗｓ）　（６ｇ）　（ ７０）を担持している。組み合わせた水平板は、防摩カラー又はベアリング（図 示せず）の内部にて回転する。格子は、圧力容器の上部から見て時計方向に回転 させるのが望ましく、上部の２枚の水平板（６２）のうち少なくとも１枚の水平 板は、熱分解器（２６）の中心線に関して偏心させている。熱分解器（２６）は 圧力容器の中心線とも軸心を共通にしているから、２枚の上部板（６２）のうち 少なくとも１枚もまた、ガス化装置の中心線に関して偏心させている。灰は、中 央部の板（６２）に配置された除灰用のプラウ（７０）により、ガス化装置の壁 部からかき集められ、径方向内向きへの移動を強制し、中央部の板（６２）の上 又は下を通過させ、中央部及び底部の板の大きな中心孔（６４）から回収ポート （６０）まで落下させる。

除灰用プラウ（７０）は、板の外周部に固定されて径方向外向きに突出するアー ム（７１）に取り付けられている。偏向プラウ（６８）は、上部板（６２）に載 っている灰の方向を変えて、灰を下まで落下させ、除灰用プラウ（７０）によっ てすくい上げられる。灰は下部板の周囲から回収ポート（６０）に落下するもの もあるが、該の大部分は格子（５６）から出て、中心孔（６４）から下部板（６ ２）に送られる。アグロメレーションが大きすぎると板と板の間の隙間を通るこ とはできずにプラウをころがり落ちるから、偏心させて取り付けた水平板の隙間 が殆んどなくなるとき、水平板と、周囲ベアリングとの間で押し潰される。

回収ポート（６０）は簡単な導管によって構成することができ、該導管を通じて 灰は装置から取り出される。

この火格子構造の主たる長所は、粉末から小さなりリンカ−に至るまでほぼ全て のタイプの灰の流れを有効にコントロールできることにある。収容されるクリン カーの大きさは、連結要素（６３）の長さによって決定されるのと同様に、板と 板の間の空間によって決定される。間隔は６インチが望ましい。

本発明のさらに他の実施例において、生成されたクリンカーに水スプレーを断続 的に噴射させてクリンカーを粉砕することによって、圧力容器から取り除くこと ができる。図１及び図２を参照すると、水は、圧力容器の下部に設けた水導管（ ７２）を通じて、圧力容器（４０）の側部に導入される。水スプレー装置は出没 可能とし、間欠的に使用することができる。典型的には、石炭ガス化装置は、回 転格子を通過できないような大きさのクリンカーが生成すると、装置の運転を停 止していた。たとえ運転実務の未熟さによってクリンカーを生成するほどに広範 な温度エクスカーションを許したとしても、水スプレー供給導管によって冷却及 びクリンカーの粉砕を行なうことにより、圧力容器を停止しなくてもよくなる。

タリン力−の生成は、ガス品質に直接影響をもたらすのではなく、ガス化装置の 灰排出能力を低下又は除去するのである。

これは、反応ゾーンをガス化装置の上方に移動させることになり、結果的に生成 ガスのガス発熱量（ｈｅａｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ）が損なわれてしまう。

本発明は、固定層ガス化装置の運転にとって重要な測定値を提供するこができる 。これらのパラメータには、下部領域の温度レベル、生成ガス温度、反応物の流 入量及び温度、石炭層の物理的位置、生成ガスの発熱量が含まれる。

ガス化装置下部の温度レベルを観察することにより、燃焼ゾーンの位置、範囲及 び強さをめるために最も可能性のある手段は何であるかが明らかになる。これは 、水冷温度変化を感知するモニターを圧力容器の高温セクション（４２）に挿入 することによって得ることができる。

生成ガス温度は、ガス化装置の制御に実際必要はないけれど、もし石炭層での燃 焼温度が高くなりすぎてガス化装置の運転が異常状態となるとき、非常に重要に なる。

この温度は、市販の簡単なガス流プローブによって容易に得ることができる。

ガス化装置に蒸気と空気を供給する導管（５０）の温度及び流量の測定は、当該 分野で周知であり、公知の流量計を用いて行なうことができる。

石炭層の物理的表面位置を知ることは、生成ガス特性の相対不変性（ｒｅｌａｔ ｉｖｅ　ｃｏｎｓｔａｎｃｙ）を維持するために重要である。この測定を行なう のに種々の方法があり、それらの方法を本発明に適用することができる。かかる 方法として、電気的に抵抗／キャパシタンスを測定するプローブ及び核ゲージ（ ｎｕｃｌｅａｒ　ｇａｇｅ）を挙げることができる。最も信頼性の高い技術は核 ゲージを用いることであり、石炭層による核放射のビームの減衰が測定される。

本発明の望ましい実施例では、この濃度計は外部に配備されたコバルト６０源か ら発生するガンマ線に基づいており、コバルト６０源と反対側の圧力容器側に配 置したイオン化チャンバーのアレイによって検知される。コバルト６０源は市販 されており、比較的低コストであり、１．１７ＭｅＶ及び１　、３３Ｍｅｖのガ ンマ線をもたらす。

石炭ガス化装置について説明したが、図２を特に参照してそのプロセスを以下に 説明する。熱分解器（２６）は石炭からガスを作ることができる構造であり、石 炭の中の揮発物質を取り除き、可燃性のガスと炭を得る。圧力容器の固定層をガ ス化する装置は、石炭の揮発分に加えて、残存する石炭の固定カーボン成分の大 部分を除去できる構造であり、これによってＢＴＵガスと灰を生成する。

エントレイン層を熱分解する装置（２６）を運転するために、反応層セクション （３６）には所定の層高さになるまで不活性物質を入れる。入口（３２）（３２ ）から供給されて、要部を通過するガス速度は、炭の急速攪拌を確実に行なうこ とのできるレベルに維持される。層は、反応器の下部セクション（３０）にてガ スを燃焼させることにより、予め選択された約７６０℃（１４００’Ｆ）乃至１ ０３７℃（１９００’Ｆ）の温度範囲に加熱される。

層（３６）が所定温度に達した後、ガスの流量を調節することにより、特定の条 件によってめられた適当なパラメータを与える。エントレイン層の熱分解器は、 次にほぼ定常状態になるようにする。これは、例えば一定の層温度によって判断 される。炭素質燃料は、例えば空圧式運送手段によって熱分解器に導入される。

典型的には、石炭を反応温度まで加熱するのに必要な熱量と、熱分解器の熱のた めに、層温度は直ちに低下する。石炭の空圧式運送手段とガスの流速は、エント レイン層の温度が約７６０℃（１４００°Ｆ）よりも低下しないように調節する ことができる。熱分解器の筒状体は、十分に高い温度になるまで加熱して燃料を 液化し、石炭表面の上に保護外皮を形成する。温度は、８７０℃（１６００’Ｆ ）乃至１０３７℃（１９００°Ｆ）の範囲が望ましい。液化した燃料と炭は、加 圧状態にて、熱分解器の筒状体の上端部から圧力容器（４０）の上端部に直接排 出される。カーボンのガス抜きに必要な蒸気と空気は、圧力容器上部の導管（５ ０）を通じて導入される。ガスと炭は両方とも同時に、圧力容器の高温ガス化領 域（４２）を通って下方に流れる。この領域の望ましい温度は、石炭溶融特性に よって許容される９８０℃（１８００°Ｆ）乃至１２６０℃（２３００°Ｆ）で ある。

未反応の燃料、及びガス化プロセス中に生成した灰は、冷却することができる。

残留した灰を含む未反応の燃料は、回転格子（５６）の上に堆積し、次に回収ポ ー）　（６０）を通じて圧力容器から取り除かれる。

この手順の中で重要な特徴は、熱分解器の筒状体から出てくる高温のガス流は、 追加の蒸気及び空気の存在下にて、高温のカーボンガス化ゾーンを通過させねば ならないことにある。これは、灰層を出て行く前に冷却されたとき、すべてのタ ールを分解し、アルカリを堆積させるために十分な床表面をもたらすためである 。これは、空気を吹き付けてガス化を行なうシステムでは特に有利である。その 理由は、揮発アルカリ又はイオウ保有タールがパイプ上に堆積される不都合を生 じることなく、高温ガス流の状態がガスタービンに至るまで維持されるためであ る。

当該分野の専門家であれば、本発明の具体的実施例と均等な多くの例を認識でき るであろうし、また日常的な経験を利用することによっても認識できるであろう 。それらの均等例は、請求の範囲に含まれるものである。

ＦＩＧ、１ 国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、 　ＤＫ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＣ ，ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＵ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体燃料をガス化するための装置であって：上端部は閉じ、下端部が開口 している、加熱された圧力容器； 上部に出口、下部に入口を有し、圧力容器の開口端部から該圧力容器の中に進入 させ、圧力容器とは軸心を共通にして配備され、炭素質燃料の固定層を収容する ための環状空間を圧力容器との間に形成している、筒状ハウジング； 燃料、可燃性ガス、及びオキシダントを筒状ハウジングの下部入口に導入するた めの複数の導管；ガス化させる反応物を、筒状ハウジングの上端部から出る固体 及びガス状物質と化合させるために、ガス化させる反応物を圧力容器の上端部に 供給するための複数の導管； 圧力容器の上端部からガス状の揮発性物質を取り除くための複数の回収用導管； 及び 固体物質を圧力容器の下端から運ぶための回収用ポート、 を備えている、固体燃料のガス化装置。
2. （２）圧力容器内側の上部に内フランジを設けており、該フランジは圧力容器と ほぼ平行であり、圧力容器との間に空間を形成しており、該空間は回収用導管と 協同して作用する、請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）圧力容器の中に突出する筒状ハウジングのその部分から所定の距離をあけ て軸方向に配備された回転火格子を備えており、該火格子は、相互に連結され、 水平及び平行な複数の板を有しており、該板の上に筒状ハウジングから出た固体 物質が堆積される、請求の範囲第１項に記載の装置。
4. （４）複数の板のうち、少なくとも１枚は筒状ハウジングの周囲に偏心して配備 される請求の範囲第３項に記載の装置。
5. （５）水を圧力容器の中に注入するための複数の水用導管を備えており、導管は 圧力容器の外側表面に沿って該圧力容器の中に突出し、回転火格子に隣接する位 置に配備されている請求の範囲第３項に記載の装置。
6. （６）石炭層の物理的表面を測定するための手段を備えている請求の範囲第３項 に記載の装置。
7. （７）炭素質の固体燃料を燃焼させる方法であって：（ａ）一方の端部が開口し 、固定層のある圧力容器内に収容された熱分解器の筒状体に、炭素質の固体燃料 、オキシダント及び燃焼ガスを、圧力状態で導入する工程（ｂ）熱分解器の筒状 体内にある燃料の揮発物質を除去し、灰、炭及び揮発物質を生成するために、可 燃性ガスに着火する工程； （ｃ）揮発物質を除去した燃料を熱分解器の筒状体の第２の端部から直接圧力容 器の中に放出する工程；（ｄ）熱分解器の筒状体の第２の端部に隣接する位置に て、ガス化剤を圧力容器の中に導入する工程（ｅ）圧力容器を、灰と炭を酸化さ せて炭素質のガスにするのに十分な温度に達するまで加熱する工程；（ｆ）未反 応の灰、炭を冷却する工程；及び（ｇ）灰、炭、揮発性物質及び未反応の燃料を 、圧力容器から取り除く工程； からなる、炭素質固体燃料の燃焼方法。
8. （８）石炭をガス化する方法であって：（ａ）石炭、可燃性ガス及びオキシダン トを、一端が開口しエントレイン層を有する熱分解器の筒状体の一方の端部に導 入する工程； （ｂ）石炭の揮発物質を除去するために、可燃性ガスを着火して約１６００°Ｆ にする工程； （ｃ）揮発物質を除去した石炭、ガス状の揮発物及び炭を、熱分解器の筒状体の 他端から固定層石炭のガス化装置に直接排出する工程； （ｄ）石炭中のタール分及びアスファルト分を分解するために、ガス化剤を熱分 解器近傍の固定層石炭ガス化装置に導入する工程； （ｅ）炭、灰、及び未反応の石炭を、固定層ガス化装置の加熱ゾーンの中に、重 力によって運ぶ工程；（ｆ）炭、灰、及び未反応の石炭から炭素質のガスを作り 出すために、ガス化装置を約１９００°Ｆの温度まで加熱する工程： （ｇ）ガス化装置からガスを除去する工程；（ｅ）灰を冷却し、回転火格子の上 に堆積させる工程；（ｆ）ガス化装置から灰、炭及び未反応の燃料を取り除くた め、火格子を回転させる工程、 からなる、石炭をガス化する方法。
9. （９）固体燃料をガス化する圧力容器と、ガス化を行なう間、燃料のアグロメレ ーションを最少にするために、燃料を、可燃性ガスとオキシダントによって燃焼 させると共に、燃料を容器の中に導入するための手段、 を備えている、固体燃料をガス化する装置。
10. （１０）燃料、ガス及びオキシダントは、圧力容器の下から、同時にかつ連携的 に導入される請求の範囲第９項に記載の装置。
11. （１１）炭素質の固体燃料、可燃性ガス及びガス状のオキシダントを共通の方向 をもった流れに形成する工程；移動中の燃料を熱分解する工程； 燃料、可燃性ガス及びオキシダントが共通の方向に向かう動きから分散するとき 、燃料をガス化剤にさらす工程； を有している、炭素質の固体燃料をガス化する方法。