JPH0668108B2 - 炭素性物質のガス化法および装置 - Google Patents

炭素性物質のガス化法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、反応器から排出されるガスに含まれる固形粒
子を分離し、反応器に循環させる循環式流動床反応器
で、炭素性物質を二相でガス化する方法に関するもので
ある。さらにかかる方法を実施するための装置に関する
ものである。
本発明の目的は、石炭、褐炭または泥炭のような炭素性
物質をガス化するにあたり、流動床技術を利用して、低
タール分のガスを発生するための方法および装置を提供
するにある。
従来技術 二段ガス化技術は公知のものである。いわゆるHTWガス
化装置（Hochtemperatur-Winkler）が例としてあげるこ
とができる。しかしこの種の装置では、二次相のガス化
剤は、石炭やタール状物質以外にガス化法の最終目的製
品であるガス（水素、一酸化炭素、メタン）を含有して
いるガス化混合物に対して直接「選択することなく」供
給されている。従ってガス化製品にとっては酸素が石炭
と反応するのが有利ではあるが、この場合酸素は先ずガ
ス状物質と反応する。また石炭と供給される水蒸気とが
接触すると不完全な石炭転化が生じ、ガス品質も低下す
る。
英国特許第1,560,729号には、２つの部分に分けられた
循環式流動床反応器において、炭素性物質をガス化反応
器の上方部分に供給するような炭素性物質のガス化法を
開示している。ガス化の第一段階、例えば揮発性物質の
熱分解が反応器の上方部分で行われる場合、その熱分解
中に例えばタール状物質が蓄積し、タール状物質が製品
ガス中に残留することになる。このようなタール状物質
の量は、ガス化される物質とガス化温度に依存するが、
例えば石炭の場合には少量かも知れない。この従来方法
の目的は低タール分のガスを発生することを第一に考え
ているのではなくて、できる限り良好な石炭転化を得よ
うとしているものと思われる。一方、本発明の第一の目
的は、できる限りタール分の少ないガスを発生させるこ
とにある。したがって反応器の上方部分は温度を上昇さ
せてタールを除去するために使用される。本質的な特徴
は、ガス状成分ではなく石炭を燃焼させることにより温
度を上昇させるところにある。これを達成するために噴
流式流動床が使用される。
フィンランド特許明細書第62,554号に二段式ガス化法が
開示されているが、この方法も上記の英国特許第1,506,
729号の方法と同様、ガス化工程の開始が反応器の上方
部分で行われ、製品ガスにタール物質が残留する。
発明の開示 本発明は、炭素性物質をガス化反応器の一次ゾーンに供
給し、そこでガス化剤と、ガスから分離された熱粒子と
によってガス化されることを特徴とし、さらに一次ゾー
ンの温度より高い温度に保持されている二次ゾーンの噴
流式流動床中において流下する固体にガス化剤を供給す
ることにより、一次ゾーンから二次ゾーンに流入する生
成ガスおよびそれによって運ばれる残留する非ガス化物
質（タールなどの生成ガスになっていない成分）と二次
ゾーンに供給されるガス化剤とを上記流下する固体を介
して接触させることを特徴としている。代表的な「噴流
式」反応器は、中心部が上昇流で、周辺部が固形物質の
下降流になっているものである。
本発明方法を実施するための装置は、反応器に循環する
粒子の入口と、炭素質物質の入口が下部反応器に設置さ
れ、上部反応器は上方に広がる部分を含んでおり、上部
反応器のガス化剤の１または複数の入口が、上方に広が
る部分によって形成された表面に密接して設置されてい
ることを特徴としている。
本発明方法において、下部反応器は基本的に揮発性粒子
のガス化のための熱分解反応器として使用されるもので
ある。残留する石炭および分離タールのガス化は、上部
反応器の噴流式の下方部分で行われる。その下方部分に
おいて、酸素を含有しそして温度の上昇とガス化工程に
必要なガス、並びに水蒸気を、その下方部分の円錐形部
に流下する石炭と他の循環物質に供給することにより、
主として石炭と接触するように配列してある。
図面の簡単な説明 本発明は、流動床反応器を模式説明した添付の図面を引
用し実施例として以下説明する。
発明を実施するための最良の形態 本発明方法は、固体を循環する型式の反応器１を使用す
ることが基本となっている。反応器は２つの領域または
ゾーンに分けられていて、これらを以下下部反応器２お
よび上部反応器３と呼称する。反応器のゾーン２、３の
間にスロットル４が設けられ、ここでガスの流速を増加
させ、これによって循環する物質が上部反応器３から下
部反応器４に落下するのを防止している。上部反応器の
底部５は、いわゆる噴流式の流動床になるように設計さ
れている。このために反応器の断面積を拡大し、垂直流
の流速を減ずるようにしてある。拡大部の底部６は、水
平面に対し20゜ないし60゜の勾配をもつ円錐形をなして
いる。
上部反応器３の上部の断面積は、下部反応器２の断面積
に等しくなるよう断面積が絞られている。ガスによって
運ばれる循環物質（灰、残留石炭等）は、上部反応器３
の後の工程中の下流に配置されたサイクロン分離器７に
より、ガスと分離される。分離器７で分離された物質
は、戻りダクト８および入口９を通って下部反応器に還
流するようになっている。
ガス化すべき炭素性物質10は入口11を通って下部反応器
２に供給され、ここでガスから分離された熱粒子と、反
応器底板にあるオリフィス12を通って反応器に供給され
るガス化剤13とによって、低温好ましくは700ないし900
℃でガス化される。空気のような酸素含有ガスとできれ
ば水蒸気がガス化剤として使用される。ガスの温度は、
ガス化において低炭素転化になるよう、またタール分が
むしろ高くなるように選ばれる。下部反応器内の石炭量
は、必要あれば水蒸気と酸素含有ガスの供給と、ガス化
温度の変化によって調節される。下部反応器の基本的機
能は、反応器に供給される炭素性物質中に含有されるガ
ス化物質のための熱分解反応器として機能するものであ
る。さらにガス化すべき燃料の部分酸化もこの下部反応
器で行なうことができる。
石炭とタール物質とを含有する燃料混合物は、下部反応
器からスロットル４を通って上部反応器へ流れる。噴流
式流動床を使用する目的は、酸素含有ガスと水蒸気をガ
スに対してではなく、主に石炭と反応するように添加し
て反応温度を900ないし1000℃に上昇させるためであ
る。従って上部反応器に一つのゾーンが形成され、この
ゾーンでのガス中の石炭濃度は、平均より著しく高いも
のになる。この種の流動床の代表的なものは、中心部が
上昇流であり、周辺部は固体物質の下降流をなしてい
る。下方に流れる固体層は、上部反応器の底部にある円
錐部６に蓄積する。この層は石炭に富んでいる。表面16
に沿って下降する固体物質のこの層に、入口15から酸素
含有ガスと水蒸気14を供給し、ここでガスと水蒸気は層
中に含まれる石炭と反応して所要の温度に上昇させる。
水蒸気を供給すると温度を低下させる吸熱反応を起すの
で酸素含有ガスを供給して補う必要がある。一方水蒸気
を使用すると石炭のガス化を向上させる。タールの除去
は温度の上昇、すなわち熱分解に基づくものである。
本発明方法および装置において適切な運転条件は下記の
とおりである。
ガス化装置の流速範囲： ・下 部 反 応 器 ３〜10m／ｓ ・下部反応器と上部反応器間のスロットル 10〜15m／ｓ ・上部反応器の噴流部 １〜4m／ｓ ・上部反応器の上方部 ４〜12m／ｓ ガス化装置中の圧力（絶対値） １〜6bar 本発明は上記記載の実施態様に限定されるものでなく、
添付の請求の範囲で定義した保護範囲内で修正ならびに
適用しうるものである。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応器から排出されたガスに含まれる粒子
    を分離して反応器に循環させる流動床反応器の下部およ
    び上部室内にて２段階で炭素性物質をガス化する方法に
    おいて、炭素性物質をガス化流動床反応器下部室内の一
    次ゾーンに供給し、ここでガス化剤と、排出ガスから予
    め分離された熱粒子とによって炭素性物質をガス化し、
    ついで一次ゾーンより高い温度に保持されたガス化反応
    器上部室内の二次ゾーンの噴流式流動床内を下降する固
    体にガス化剤を供給することで、一次ゾーンから二次ゾ
    ーンに流入する生成ガスおよびそれによって運ばれる残
    留する非ガス化物質と、二次ゾーン供給されるガス化剤
    とを上記下降する固体を介して接触させることを特徴と
    する炭素性物質のガス化法。
  2. 【請求項２】一次ゾーンにおける温度が700〜900℃であ
    ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の炭素性物質
    のガス化法。
  3. 【請求項３】二次ゾーンにおける温度が900〜1100℃で
    あることを特徴とする請求の範囲第１項記載の炭素性物
    質のガス化法。
  4. 【請求項４】ガス化剤が酸素性ガスと水蒸気を含むこと
    を特徴とする請求の範囲第１項記載の炭素性物質のガス
    化法。
  5. 【請求項５】固体物質が二次ゾーンから一次ゾーンへ流
    れるのを防止するため、一次ゾーンから二次ゾーンへ流
    れるガスの速度を十分高く保持することを特徴とする請
    求の範囲第１項記載の炭素性物質のガス化法。
  6. 【請求項６】一次ゾーンにおけるガスの流速が３〜10m
    ／ｓであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の炭
    素性物質のガス化法。
  7. 【請求項７】二次ゾーンの噴流部におけるガスの流速が
    １〜4m／ｓであることを特徴とする請求の範囲第１項記
    載の炭素性物質のガス化法。
  8. 【請求項８】二次ゾーンの入口におけるガスの流速が10
    〜15m／ｓであることを特徴とする請求の範囲第７項記
    載の炭素性物質のガス化法。
  9. 【請求項９】反応器から排出されるガスに同伴する粒子
    を分離するための手段（７）、分離した粒子を下部反応
    器に循環するための手段（８）、下部反応器（２）およ
    び上部噴流式流動床反応器（３）ならびに該反応器（2,
    3）へのガス化剤の入口手段（入口11,15）を含む炭素性
    物質をガス化するための流動床反応器において、反応器
    に循環させるべき粒子および炭素性物質の入口（9,11）
    が下部反応器（２）に設置されており、上部反応器
    （３）と下部反応器（２）を接続する部分（４）の断面
    積が、下部反応器（２）の断面積より小さく、上部反応
    器（３）が上に向かって広がり、すなわち断面積が増加
    する部分（６）を含み、かつ上部反応器におけるガス化
    剤の１もしくは複数の入口（15）が、該上に向かって広
    がる部分によって形成された表面（16）に近接して設置
    されており、該入口（15）がガス化剤を上に向かって広
    がる部分（６）の表面（16）の方向に下向きに供給する
    ように配置されていることを特徴とする流動床反応器。
  10. 【請求項１０】上部反応器（３）の底部（６）が円錐形
    であることを特徴とする請求の範囲第９項記載の流動床
    反応器。
  11. 【請求項１１】前記底部（６）の勾配が水平面に対して
    20〜60゜であることを特徴とする請求の範囲第10項記載
    の流動床反応器。
  12. 【請求項１２】上部反応器（３）の広がった部分（５）
    の断面積が下部反応器（２）の断面積より大きいことを
    特徴とする請求の範囲第９項記載の流動床反応器。
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