JPH07207283A - 石炭急速熱分解装置操業方法 - Google Patents
石炭急速熱分解装置操業方法Info
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- JPH07207283A JPH07207283A JP616994A JP616994A JPH07207283A JP H07207283 A JPH07207283 A JP H07207283A JP 616994 A JP616994 A JP 616994A JP 616994 A JP616994 A JP 616994A JP H07207283 A JPH07207283 A JP H07207283A
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、石炭を急速に熱分解する装置の操
業方法に関するものであって、ガス熱量を算出し、ガス
化酸素比と熱分解石炭量を増減させることによって設定
ガス熱量に調節し、安定させる方法を提供することを目
的とする。 【構成】 発生ガスを分析して算出した熱量と設定値の
差異に応じてガス化酸素比と石炭供給量を調節すること
で、安定した発生ガス熱量を持つ急速熱分解の操業方
法。
業方法に関するものであって、ガス熱量を算出し、ガス
化酸素比と熱分解石炭量を増減させることによって設定
ガス熱量に調節し、安定させる方法を提供することを目
的とする。 【構成】 発生ガスを分析して算出した熱量と設定値の
差異に応じてガス化酸素比と石炭供給量を調節すること
で、安定した発生ガス熱量を持つ急速熱分解の操業方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭の効率的な利用を
目的とする石炭急速熱分解プロセスに関するものであ
る。
目的とする石炭急速熱分解プロセスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】石炭急速熱分解は１９７０年代に始まっ
た技術であり、比較的歴史が浅い。石炭の利用技術には
燃焼以外にガス化、液化等があるが、ガス化は１５００
℃以上の高温が、液化は２００ａｔｍ程度の高圧が必要
であり装置への負荷が大きいために、設備投資、安定操
業の点で実用化へのハードルが高い。ガス化の応用技術
として水素による分解、安定化促進を狙ったガス燃料狙
いの水添ガス化があるが、これも反応温度が高く、基本
的にはガス化と同様である。急速熱分解技術のメリット
は、１０００℃以下の熱分解反応温度と常圧付近の反応
圧力でマイルドな反応を行うため通常の炉材を応用で
き、低コストで負担の少ない装置構成を可能にする点に
あり、特開平０５−２９５３７１号公報に炭素質を酸素
でガス化した高温ガスによって熱分解することを特徴と
する石炭急速熱分解装置が示されている。石炭急速熱分
解のプロセスからは、ガス、タール（液体分）、チャー
（固体分）が生成するが、石炭種の違いによらず燃料と
して利用しやすいガスを中心としたプロセスの研究開発
が比較的進んでいる。
た技術であり、比較的歴史が浅い。石炭の利用技術には
燃焼以外にガス化、液化等があるが、ガス化は１５００
℃以上の高温が、液化は２００ａｔｍ程度の高圧が必要
であり装置への負荷が大きいために、設備投資、安定操
業の点で実用化へのハードルが高い。ガス化の応用技術
として水素による分解、安定化促進を狙ったガス燃料狙
いの水添ガス化があるが、これも反応温度が高く、基本
的にはガス化と同様である。急速熱分解技術のメリット
は、１０００℃以下の熱分解反応温度と常圧付近の反応
圧力でマイルドな反応を行うため通常の炉材を応用で
き、低コストで負担の少ない装置構成を可能にする点に
あり、特開平０５−２９５３７１号公報に炭素質を酸素
でガス化した高温ガスによって熱分解することを特徴と
する石炭急速熱分解装置が示されている。石炭急速熱分
解のプロセスからは、ガス、タール（液体分）、チャー
（固体分）が生成するが、石炭種の違いによらず燃料と
して利用しやすいガスを中心としたプロセスの研究開発
が比較的進んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】石炭急速熱分解生成物
は、それぞれガスは燃焼用燃料、タールは化学原料、チ
ャーは固体燃焼用燃料や炭材として利用されるが、現存
の他のプロセスへの応用を考えた場合、インフラに変更
なくそのまま導入できるという点で特にガスの利用価値
が大きい。例えば製鐵所でのガス利用を考えた場合、コ
ークス炉ガスと同等程度の熱量を持つため、燃料用ガス
としてそのまま利用できる。
は、それぞれガスは燃焼用燃料、タールは化学原料、チ
ャーは固体燃焼用燃料や炭材として利用されるが、現存
の他のプロセスへの応用を考えた場合、インフラに変更
なくそのまま導入できるという点で特にガスの利用価値
が大きい。例えば製鐵所でのガス利用を考えた場合、コ
ークス炉ガスと同等程度の熱量を持つため、燃料用ガス
としてそのまま利用できる。
【０００４】石炭急速熱分解ガスをガス燃料として使用
するには、ボイラ等への負荷を考えると熱量がなるべく
均一であることが望ましいが、実際は石炭種等によって
最大１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 程度の熱量差が、熱分解
温度によって最大５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 程度の熱量差
が生じている。即ち、タール量とガス量の生成比を調整
したりガス成分やタール成分を変更するために必要な炭
種切り替えや熱分解温度変更で熱量差が急激に、また大
きく変動する場合、熱分解時に石炭粒子の部分凝集等に
由来する偏熱分解で発生ガス成分が経時的に変化してし
まう場合等である。これに対し、熱分解ガス熱量を安定
させる操業方法が望まれていた。
するには、ボイラ等への負荷を考えると熱量がなるべく
均一であることが望ましいが、実際は石炭種等によって
最大１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 程度の熱量差が、熱分解
温度によって最大５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 程度の熱量差
が生じている。即ち、タール量とガス量の生成比を調整
したりガス成分やタール成分を変更するために必要な炭
種切り替えや熱分解温度変更で熱量差が急激に、また大
きく変動する場合、熱分解時に石炭粒子の部分凝集等に
由来する偏熱分解で発生ガス成分が経時的に変化してし
まう場合等である。これに対し、熱分解ガス熱量を安定
させる操業方法が望まれていた。
【０００５】本発明は、熱分解発生ガス熱量を設定値近
傍で安定させることのできる石炭急速熱分解操業方法を
提供する事を目的とする。
傍で安定させることのできる石炭急速熱分解操業方法を
提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、熱分解発生ガス熱量が設定値より低く
なった場合にはガス化酸素比を下げ、熱分解石炭量を減
らすことで熱分解発生ガス熱量を上げて設定値側に調整
し、設定値より高くなった場合にはガス化酸素比を上
げ、熱分解石炭量を増やすことで熱分解発生ガス熱量を
下げて設定値側に調節するものである。即ち、本発明の
要旨とするところは、石炭またはチャーを酸素でガス化
することで高温ガスを発生させ、この高温ガス顕熱によ
り石炭を急速熱分解する際に、石炭の熱分解発生ガスの
可燃成分を分析することにより熱分解発生ガスの熱量を
算出し、算出した熱分解ガス熱量が設定値より低い場合
はガス化酸素比を下げ、熱分解石炭量を減らし、算出し
た熱分解発生ガス熱量が設定値より高い場合はガス化酸
素比を上げ、熱分解石炭量を増やすことを特徴とする。
解決するために、熱分解発生ガス熱量が設定値より低く
なった場合にはガス化酸素比を下げ、熱分解石炭量を減
らすことで熱分解発生ガス熱量を上げて設定値側に調整
し、設定値より高くなった場合にはガス化酸素比を上
げ、熱分解石炭量を増やすことで熱分解発生ガス熱量を
下げて設定値側に調節するものである。即ち、本発明の
要旨とするところは、石炭またはチャーを酸素でガス化
することで高温ガスを発生させ、この高温ガス顕熱によ
り石炭を急速熱分解する際に、石炭の熱分解発生ガスの
可燃成分を分析することにより熱分解発生ガスの熱量を
算出し、算出した熱分解ガス熱量が設定値より低い場合
はガス化酸素比を下げ、熱分解石炭量を減らし、算出し
た熱分解発生ガス熱量が設定値より高い場合はガス化酸
素比を上げ、熱分解石炭量を増やすことを特徴とする。
【０００７】ここで石炭急速熱分解装置とは、図２の概
略構成図に示すように、６００〜１０００℃、１〜５０
ａｔｍで急速熱分解をおこなう熱分解部３、高圧ガスを
供給する石炭またはチャーガス化装置２、石炭またはチ
ャーを供給する石炭供給装置１ａ，１ｂ、チャーを分離
する固体分離装置４、タールを分離する気液分離装置５
からなる装置である。また、ここで言う急速熱分解と
は、毎秒１００℃以上、好ましくは毎秒１０００℃以上
の昇温速度で行う熱分解を表し、ガス化酸素比とは投入
酸素重量と、投入石炭重量または投入チャー重量の比を
示す。
略構成図に示すように、６００〜１０００℃、１〜５０
ａｔｍで急速熱分解をおこなう熱分解部３、高圧ガスを
供給する石炭またはチャーガス化装置２、石炭またはチ
ャーを供給する石炭供給装置１ａ，１ｂ、チャーを分離
する固体分離装置４、タールを分離する気液分離装置５
からなる装置である。また、ここで言う急速熱分解と
は、毎秒１００℃以上、好ましくは毎秒１０００℃以上
の昇温速度で行う熱分解を表し、ガス化酸素比とは投入
酸素重量と、投入石炭重量または投入チャー重量の比を
示す。
【０００８】
【作用】以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】本発明を適用する石炭急速熱分解装置の概
略構成を図２に示す。熱分解用石炭Ａは石炭供給装置１
ａから気流搬送されて熱分解部３に吹き込まれる。吹き
込まれた石炭Ａは石炭またはチャーガス化装置２から供
給される高温ガスによって急速熱分解される。生成物は
固体分離部４でチャーＣを分離、気液分離部５でタール
Ｄを分解し、残りはガスＥとして得る。熱分解部３にお
いて石炭Ａは高温ガス（１３００〜１８００℃）に接す
るが、このとき粒子昇温及び熱分解反応による冷却効果
６００〜１０００℃まで温度が下がり、気液固が混合し
た生成物流れとなる。このときの温度を熱分解温度と称
する。熱分解に必要な高温ガスは石炭またはチャーガス
化装置２で製造されるが、ここでは酸素または空気Ｆで
石炭またはチャーＢの不完全燃焼であるガス化が行われ
る。
略構成を図２に示す。熱分解用石炭Ａは石炭供給装置１
ａから気流搬送されて熱分解部３に吹き込まれる。吹き
込まれた石炭Ａは石炭またはチャーガス化装置２から供
給される高温ガスによって急速熱分解される。生成物は
固体分離部４でチャーＣを分離、気液分離部５でタール
Ｄを分解し、残りはガスＥとして得る。熱分解部３にお
いて石炭Ａは高温ガス（１３００〜１８００℃）に接す
るが、このとき粒子昇温及び熱分解反応による冷却効果
６００〜１０００℃まで温度が下がり、気液固が混合し
た生成物流れとなる。このときの温度を熱分解温度と称
する。熱分解に必要な高温ガスは石炭またはチャーガス
化装置２で製造されるが、ここでは酸素または空気Ｆで
石炭またはチャーＢの不完全燃焼であるガス化が行われ
る。
【００１０】ガス発熱量は生成ガス中に含まれる可燃成
分（水素、一酸化炭素、炭化水素等）の燃焼熱から計算
されるため、ガス成分によって発熱量は変化する。ガス
発熱量は実際燃焼させ発生する熱を測定する方法、メタ
ン、水素等の限られた成分濃度から推定する方法がある
が、現状では応答時間が短く精度も高い可燃成分の濃度
をガス成分分析でもとめ、各成分の熱量から生成ガスの
熱量を算出した。ガス成分を変化させる要因としては、
ガス化酸素比で変化する高温ガス成分、熱分解温度で変
化する熱分解ガス成分、高温ガスと熱分解ガスとの体積
比であるが、ガス化炉構造を不変とした場合、ガス化石
炭又はチャー投入量とガス化酸素比によって高温ガス温
度、成分、ガス量が決まり、かつ熱分解温度までの冷却
を石炭で行うため、各要因は独立したものではない。即
ちガス化石炭又はチャー量とガス化酸素比、熱分解石炭
量、熱分解温度の組み合わせは一通りに決まるのであ
る。例えばガス化酸素比、熱分解石炭量、熱分解温度の
初期の値を各々１とすると、ガスカロリーが設定値より
１１０ｋｃａｌ／ｍ3 高かった場合、豪州炭を使用した
実際の試験操業ではそれぞれ０．９５、０．９５、１．
０２の時に安定操業できた。
分（水素、一酸化炭素、炭化水素等）の燃焼熱から計算
されるため、ガス成分によって発熱量は変化する。ガス
発熱量は実際燃焼させ発生する熱を測定する方法、メタ
ン、水素等の限られた成分濃度から推定する方法がある
が、現状では応答時間が短く精度も高い可燃成分の濃度
をガス成分分析でもとめ、各成分の熱量から生成ガスの
熱量を算出した。ガス成分を変化させる要因としては、
ガス化酸素比で変化する高温ガス成分、熱分解温度で変
化する熱分解ガス成分、高温ガスと熱分解ガスとの体積
比であるが、ガス化炉構造を不変とした場合、ガス化石
炭又はチャー投入量とガス化酸素比によって高温ガス温
度、成分、ガス量が決まり、かつ熱分解温度までの冷却
を石炭で行うため、各要因は独立したものではない。即
ちガス化石炭又はチャー量とガス化酸素比、熱分解石炭
量、熱分解温度の組み合わせは一通りに決まるのであ
る。例えばガス化酸素比、熱分解石炭量、熱分解温度の
初期の値を各々１とすると、ガスカロリーが設定値より
１１０ｋｃａｌ／ｍ3 高かった場合、豪州炭を使用した
実際の試験操業ではそれぞれ０．９５、０．９５、１．
０２の時に安定操業できた。
【００１１】そこで本発明の基本的フローを図１に示
す。ガス分析装置６で可燃成分の分析を行い、石炭、チ
ャー酸素供給量制御装置７で発熱量を計算する。石炭、
チャー酸素供給量制御装置７には熱量設定値と許容熱量
差がインプットされており、測定値と熱量設定値との差
が許容熱量差を越えると操業条件変更を行う。許容熱量
差を越えて測定値熱量が大きい場合は、酸素流量調節装
置８及び石炭又はチャー供給量調整装置９によってガス
化酸素比を増加させ、同時に石炭供給量調節装置１０に
よって石炭供給量も増加させる。同様に許容熱量差を越
えて測定値熱量が小さい場合は、ガス化酸素比を減少さ
せ、同時に石炭供給量も減少させる。許容熱量差は０．
１％から３０％の範囲に設定することで操業できるが、
温度の急激な変化による炉への負担を考慮すると、元ガ
ス熱量の２〜３％とすることが望ましい。
す。ガス分析装置６で可燃成分の分析を行い、石炭、チ
ャー酸素供給量制御装置７で発熱量を計算する。石炭、
チャー酸素供給量制御装置７には熱量設定値と許容熱量
差がインプットされており、測定値と熱量設定値との差
が許容熱量差を越えると操業条件変更を行う。許容熱量
差を越えて測定値熱量が大きい場合は、酸素流量調節装
置８及び石炭又はチャー供給量調整装置９によってガス
化酸素比を増加させ、同時に石炭供給量調節装置１０に
よって石炭供給量も増加させる。同様に許容熱量差を越
えて測定値熱量が小さい場合は、ガス化酸素比を減少さ
せ、同時に石炭供給量も減少させる。許容熱量差は０．
１％から３０％の範囲に設定することで操業できるが、
温度の急激な変化による炉への負担を考慮すると、元ガ
ス熱量の２〜３％とすることが望ましい。
【００１２】
【実施例】図３で図２に示したフローの具体的な操業例
を示す。ここでは設定熱量を４０００ｋｃａｌ／ｍ3 、
許容熱量差を±１００ｋｃａｌ／ｍ3 とした場合を扱
う。ガス化酸素量及び熱分解石炭量は、運転時間０ｍｉ
ｎの時を１とした相対値で表現してある。この例の場
合、運転直後（１０ｍｉｎ後）に測定ガス分析結果が４
２４０ｋｃａｌ／ｍ3 と許容熱量差を越えたため即座に
制御を開始した。制御手順は以下の通りである。まず定
数Ｋを算出する。定数Ｋは１＋熱量差率×係数で表さ
れ、具体的には１＋（４２４０−４０００）／０．５＝
１．０３となる。ここで言う係数とは、過大な定数を乗
してガス熱量がオーバーシュートすることを防ぐために
設けた仮数で、実操業経験上０．５と置いている。次に
ガス化酸素比に定数Ｋを乗する（１×１．０３＝１．０
３）。この例でのガス化酸素比変更は、石炭又はチャー
量は一定で、酸素量を増やす方法を使用した。さらに熱
的バランスを取るため石炭供給量も定数Ｋを乗した１．
０３倍に増加させる。本例ではガス化酸素比に乗する係
数と石炭供給量に乗する係数が一致したが、炉容積や放
熱量が個々の炉で異なるため、炉ごとに異なる係数を設
定する必要があると考えられる。この操作の結果、熱分
解ガス熱量が下がるが、３９００ｋｃａｌ／ｍ3を下回
るまでは操業条件の変更はない。下回った時点（本例で
は５０ｍｉｎ、３８８０ｋｃａｌ／ｍ3 ）で熱量差率を
再計算〈（３８８０−４０００）／４０００＝−０．０
３〉し、定数Ｋ（１．００−０．０３×０．５）をガス
化酸素率１．０３に乗した１．０１５で操業する。以下
同様の操業条件変更を行い、制御開始してから４０００
ｋｃａｌ／ｍ3 ±１５０ｋｃａｌ／ｍ3 （±４％以内）
で操業を安定して行うことができた。
を示す。ここでは設定熱量を４０００ｋｃａｌ／ｍ3 、
許容熱量差を±１００ｋｃａｌ／ｍ3 とした場合を扱
う。ガス化酸素量及び熱分解石炭量は、運転時間０ｍｉ
ｎの時を１とした相対値で表現してある。この例の場
合、運転直後（１０ｍｉｎ後）に測定ガス分析結果が４
２４０ｋｃａｌ／ｍ3 と許容熱量差を越えたため即座に
制御を開始した。制御手順は以下の通りである。まず定
数Ｋを算出する。定数Ｋは１＋熱量差率×係数で表さ
れ、具体的には１＋（４２４０−４０００）／０．５＝
１．０３となる。ここで言う係数とは、過大な定数を乗
してガス熱量がオーバーシュートすることを防ぐために
設けた仮数で、実操業経験上０．５と置いている。次に
ガス化酸素比に定数Ｋを乗する（１×１．０３＝１．０
３）。この例でのガス化酸素比変更は、石炭又はチャー
量は一定で、酸素量を増やす方法を使用した。さらに熱
的バランスを取るため石炭供給量も定数Ｋを乗した１．
０３倍に増加させる。本例ではガス化酸素比に乗する係
数と石炭供給量に乗する係数が一致したが、炉容積や放
熱量が個々の炉で異なるため、炉ごとに異なる係数を設
定する必要があると考えられる。この操作の結果、熱分
解ガス熱量が下がるが、３９００ｋｃａｌ／ｍ3を下回
るまでは操業条件の変更はない。下回った時点（本例で
は５０ｍｉｎ、３８８０ｋｃａｌ／ｍ3 ）で熱量差率を
再計算〈（３８８０−４０００）／４０００＝−０．０
３〉し、定数Ｋ（１．００−０．０３×０．５）をガス
化酸素率１．０３に乗した１．０１５で操業する。以下
同様の操業条件変更を行い、制御開始してから４０００
ｋｃａｌ／ｍ3 ±１５０ｋｃａｌ／ｍ3 （±４％以内）
で操業を安定して行うことができた。
【００１３】
【発明の効果】熱分解ガス熱量測定とガス化酸素及び石
炭量調整を組み合わせて操業することにより、石炭急速
熱分解により安定したガス熱量を持つ熱分解ガスを生成
できた。
炭量調整を組み合わせて操業することにより、石炭急速
熱分解により安定したガス熱量を持つ熱分解ガスを生成
できた。
【図１】本発明の基本フロー図。
【図２】石炭急速熱分解装置の概略構成図。
【図３】本発明の操業例を示す図。
１ａ…石炭供給装置 １ｂ…石炭または
チャー供給装置 ２…石炭又はチャーガス化装置 ３…熱分解部 ４…固体分離部 ５…気液分離部 ６…ガス分析装置 ７…石炭、チャー酸素供給量制御装置 ８…酸素流量調節装置 ９…石炭又はチャ
ー供給量調整装置 １０…石炭供給量調節装置 Ａ…熱分解用石炭 Ｂ…石炭又はチャ
ー Ｃ…チャー Ｄ…タール Ｅ…ガス Ｆ…酸素又は空気
チャー供給装置 ２…石炭又はチャーガス化装置 ３…熱分解部 ４…固体分離部 ５…気液分離部 ６…ガス分析装置 ７…石炭、チャー酸素供給量制御装置 ８…酸素流量調節装置 ９…石炭又はチャ
ー供給量調整装置 １０…石炭供給量調節装置 Ａ…熱分解用石炭 Ｂ…石炭又はチャ
ー Ｃ…チャー Ｄ…タール Ｅ…ガス Ｆ…酸素又は空気
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (1)
- 【請求項１】 石炭またはチャーを酸素でガス化するこ
とで高温ガスを発生させ、この高温ガス顕熱により石炭
を急速熱分解する際に、石炭の熱分解発生ガスの可燃成
分を分析することにより熱分解発生ガスの熱量を算出
し、算出した熱分解ガス熱量が設定値より低い場合はガ
ス化酸素比を下げ、熱分解石炭量を減らし、算出した熱
分解発生ガス熱量が設定値より高い場合はガス化酸素比
を上げ、熱分解石炭量を増やすことを特徴とする石炭急
速熱分解装置操業方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP616994A JPH07207283A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 石炭急速熱分解装置操業方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP616994A JPH07207283A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 石炭急速熱分解装置操業方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07207283A true JPH07207283A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=11631048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP616994A Withdrawn JPH07207283A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 石炭急速熱分解装置操業方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07207283A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000319671A (ja) * | 1999-03-11 | 2000-11-21 | Ebara Corp | 廃棄物の二段ガス化システムの運転制御方法 |
-
1994
- 1994-01-25 JP JP616994A patent/JPH07207283A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000319671A (ja) * | 1999-03-11 | 2000-11-21 | Ebara Corp | 廃棄物の二段ガス化システムの運転制御方法 |
| JP4660874B2 (ja) * | 1999-03-11 | 2011-03-30 | 宇部興産株式会社 | 廃棄物の二段ガス化システムの運転制御方法 |
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