JPH07331257A - 硫黄を含有する石炭のガス化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】石炭ガス化時の脱硫剤残渣であるＣａＳ，Ｆｅ
Ｓ或いはＭｇＳを酸化して、化学的に安定なＣａＳ
Ｏ₄ ，ＦｅＳＯ₄ 或いはＭｇＳＯ₄ に変換する際に未転
化物が生じないようにする。 【構成】脱硫剤残渣をガス化炉１１から石炭生成ガスと
ともに抜き出し、脱塵装置４１で残渣を分離後、粉砕機
５１で粉砕し、酸化器６１で酸化する。 【効果】脱硫剤残渣を粉砕してから酸化するので、粒子
の内部まで反応させることができ、未転化のまま残るの
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硫黄を含有する石炭か
ら硫黄を含まないクリーンな燃料ガスを製造する石炭ガ
ス化システムに係り、特に石炭をガス化した際に発生す
るガス状の硫黄酸化物を、ガス化炉内に脱硫剤を挿入し
て除去する石炭ガス化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭のガス化は、石炭火力発電，合成ガ
スや都市ガスの製造，化学薬品の製造等の多くの分野で
行われている。なかでも、石炭から生成したガスでガス
タービンを駆動し、石炭をガス化した際に発生する熱で
水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気でスチームター
ビンを駆動する石炭ガス化複合発電システムは、高効率
であり、環境保全性に優れるので次世代発電技術として
注目されている。

【０００３】しかし、石炭には硫黄が含まれており、石
炭をガス化すると、主にＨ₂Ｓ やＣＯＳなどよりなるガ
ス状の硫黄化合物が発生する。これらの硫黄化合物はい
ずれも環境汚染物質である。従って、石炭ガス化システ
ムにおいては、石炭ガス化時に発生したガス状硫黄化合
物を除去することが必要になる。

【０００４】石炭をガス化した時に発生するガス状硫黄
化合物を除去するために、ガス化炉内に石灰石（ＣａＣ
Ｏ₃ ），酸化第２鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）或いは酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）などの粒子よりなる脱硫剤を挿入し、この
脱硫剤とガス状硫黄化合物とを反応させて、ガス状硫黄
化合物中の硫黄をＣａＳ，ＦｅＳ或いはＭｇＳなどの酸
化物として固定することが知られている。ＣａＳ，Ｆｅ
Ｓ或いはＭｇＳは、その後、酸化し、化学的に安定なＣ
ａＳＯ₄，ＦｅＳＯ₄或いはＭｇＳＯ₄ に転化した上で、
廃棄している。このような石炭ガス化システムの一例が
米国特許第4,867,756 号明細書に記載されている。この
先行文献には、流動床石炭ガス化方法において、石炭と
粒状の石灰石(ＣａＣＯ₃）を流動床に挿入し、石炭のガ
ス化によって発生したＨ₂Ｓ やＣＯＳを石灰石と反応さ
せて硫化カルシウム(ＣａＳ)にして固定すること、及び
生成したＣａＳを安定な硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄)に
転化して炉外へ排出することが記載されている。硫黄を
含有する石炭のガス化システムは、この他に、米国特許
第4,769,045 号明細書，米国特許第4,884,396号，米国
特許第4,925,644 号，米国特許第5,069,685 号,米国特
許第4,963,513号，米国特許第4,052,172 号明細書,特開
昭61−221292 号公報等にも記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した先行
文献を含めて殆どの先行文献には、ＣａＳ，ＦｅＳ或い
はＭｇＳをＣａＳＯ₄ ，ＦｅＳＯ₄ 或いはＭｇＳＯ₄ に
転化して廃棄した場合に生じる問題点については記載さ
れていない。本発明者らは、ＣａＳ，ＦｅＳ或いはＭｇ
Ｓを酸化してＣａＳＯ₄ ，ＦｅＳＯ₄ 或いはＭｇＳＯ₄
に転化した場合に、一部のＣａＳ，ＦｅＳ或いはＭｇＳ
がＣａＳＯ₄，ＦｅＳＯ₄或いはＭｇＳＯ₄に転化されず
にそのまま残留し、これをそのまま地中に埋めたりした
場合には、硫黄化合物が滲みだして硫酸等の環境汚染物
質を生成する原因になることを明らかにした。

【０００６】従って、本発明の目的は、ＣａＳ，ＦｅＳ
或いはＭｇＳを酸化してＣａＳＯ₄,ＦｅＳＯ₄ 或いはＭ
ｇＳＯ₄ に転化する際に未転化の残留物が生じないよう
にした石炭ガス化システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、硫黄を含有す
る石炭を酸化剤と反応させてガス化する石炭ガス化室と
上記反応によって生成したガスをＣａＣＯ₃ ，Ｆｅ₂Ｏ₃
及びＭｇＯから選ばれた脱硫剤と接触させてガス状硫黄
化合物を除去するとともに該脱硫剤をＣａＳ，ＦｅＳ及
びＭｇＳよりなる化合物に変換する脱硫室とを備えた石
炭ガス化炉と，該ガス化炉で生成したガスを該ガス化炉
の系外においてフィルター等を通過させて該ガスに混入
する固形分を除去し製品ガスを取り出す手段と，該フィ
ルター等によって捕捉された固形分を粉砕して表面積を
増大させる手段と，粉砕された該固形分を酸化剤と接触
させて該固形分中の前記脱硫剤から変換したＣａＳ，Ｆ
ｅＳ及びＭｇＳよりなる化合物を酸化しＣａＳＯ₄ ，Ｆ
ｅＳＯ₄及びＭｇＳＯ₄に転化する手段とを備えたことを
特徴とする石炭ガス化システムにある。

【０００８】

【作用】石炭ガス化室には、石炭粒子を供給するための
ノズルと、空気或いは酸素よりなる酸化剤を供給するた
めのノズルとを有する石炭ガス化バーナが設けられる。
石炭のガス化反応は、通常、圧力が１０〜３０気圧、温
度が１０００〜１８００℃の条件下で行われる。従っ
て、石炭ガス化炉は、このような条件に耐えられるよう
に作られる。

【０００９】石炭ガス化室と脱硫室とを備えた石炭ガス
化炉の一例が、米国特許第4,884,396 号明細書に記載さ
れており、本発明でもこの石炭ガス化炉を用いることが
できる。この先行文献では、石炭ガス化室の上部に脱硫
室が設けられ、ガス化室の下部にスラグ冷却室が設けら
れている。中空の円筒状をしたガス化室の側壁には石炭
の供給ノズルと酸化剤の供給ノズルとを有する石炭ガス
化バーナが設けられ、一方、脱硫室の側壁には脱硫剤の
供給ノズルが設けられている。また、石炭ガス化室と脱
硫室との間には仕切り壁が設けられ、この仕切り壁には
石炭ガス化室の筒の内径よりも小さい孔があいており、
この孔を通って石炭ガス化室で生成したガスが脱硫室へ
と流れるようになっている。ガス化室の下部には、石炭
のガス化に伴って生成した溶融スラグを冷却して固化す
るためのスラグ冷却室が設けられている。

【００１０】石炭ガス化室では、石炭と酸化剤との反応
によって石炭がガス化し、Ｈ₂ ，ＣＯ，ＣＨ₄，ＣＯ₂，
Ｈ₂Ｏを含むガスが生成する。また、主にＨ₂Ｓ，ＣＯＳ
よりなるガス状の硫黄化合物が発生する。脱硫室では、
ＣａＣＯ₃ ，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＭｇＯ又はこれらの混合物から
選ばれた脱硫剤とガス状の硫黄化合物とが反応して硫黄
が脱硫剤に固定される。この反応によって、脱硫剤はＣ
ａＳ，ＦｅＳ，ＭｇＳ或いはこれらの混合物に変換され
る。脱硫剤粒子としてＣａＣＯ₃ を使用し、これとＨ₂
Ｓ よりなるガス状の硫黄化合物とが反応する場合を例
にとって以下説明する。まず、脱硫室に供給されたＣａ
ＣＯ₃ は脱硫室内の高温の熱によってＣａＯとＣＯ₂ と
に分解する。次いでＣａＯとＨ₂Ｓ とが反応してＣａＯ
が生成する。これらの化学反応式を下記（１）式と
（２）式に示す。

【００１１】

【化１】 ＣａＣＯ₃→ＣａＯ＋ＣＯ₂ …（１）

【００１２】

【化２】 ＣａＯ＋Ｈ₂Ｓ→ＣａＳ＋Ｈ₂Ｏ …（２） ＣａＣＯ₃粒子がＨ₂Ｓと反応してＣａＳに変換される化
学反応は、ＣａＣＯ₃粒子の表面から起り、時間の経過
とともに次第に粒子の中心部へと進む。生成ガス中のＨ
₂Ｓ の濃度は、（２）式の反応の進行に伴って減少して
いくため、脱硫剤粒子の中心部ではＣａＳに変換されな
いでＣａＯのままで残る領域が生ずる。通常、脱硫剤粒
子の大きさは、１０〜１００μｍ程度であるから、殆ど
の場合に、粒子の中心部にはＣａＯのままで残留する領
域ができる。

【００１３】石炭ガス化室で生成したガスは、脱硫室で
ガス状の硫黄化合物が除去された後にガス化炉から系外
へと抜き出されて燃料ガスとして使用されるが、石炭生
成ガスをガス化炉から抜き出したときに、ＣａＣＯ₃ か
ら変換したＣａＳ，未反応石炭（チャー）及び灰分より
なる固形分が、石炭生成ガスに同伴して系外へ抜き出さ
れる。そこで、次にフィルターを通して石炭生成ガスか
ら固形分を分離する。石炭生成ガスと固形分との分離
は、フィルターのほかにサイクロン，グラニュラーベッ
ド，電気集塵器などを使用しても行うことができる。

【００１４】但し、ガス化炉から系外に排出された石炭
生成ガスの温度は、およそ１０００〜１８００℃という
きわめて高温の状態にあるので、固形分を分離するにあ
たっては、事前にガスの温度を下げることが望ましいそ
うすることによって固形分分離器の熱による劣化を防止
し、分離器の寿命を延ばすことができる。このための具
体的手段として、本発明では、ガス化炉から系外に排出
した石炭生成ガスを熱交換器に導き、３００〜４００℃
程度まで温度を下げてから、固形分分離器に導入するこ
とを提案する。

【００１５】固形分分離器で石炭生成ガスから分離され
た固形分は、次に酸化器に導き、およそ８００〜１１０
０℃の温度で酸素或いは空気と接触させてＣａＳをＣa
ＳＯ₄に転化する。ここでの酸化反応もまた、ＣａＳ粒
子の表面から進行し、時間の経過とともに次第に粒子の
中心部へと進行していくことがわかった。粒子の内部に
いくほど反応は進みにくく、一方、酸化器内の酸素濃度
も酸化反応の進行に伴って減少することから、ＣａＳ粒
子の中心部はＣａＳＯ₄に転化されにくく、ＣaＳがその
まま残留する。そこで、本発明では、固形分を石炭生成
ガスから分離したならば、酸化器に導入する前に粉砕し
て表面積を増大させる。粉砕することによって粒径が小
さくなり表面積が増大した粒子は、酸素との反応が効率
良く進むために粒子の内部まで酸化され、実質的に未反
応のＣａＳを残留させることなくＣａＳＯ₄ へと転化さ
れる。

【００１６】固形分の粉砕は、ロールクラッシャーのほ
かに、機械的手段或いは流体的手段によっても行うこと
ができ、その手段には特に限定されない。なお、固形分
にはＣａＳのほかにチャー及び灰分が含まれているが、
固形分の粉砕にあたっては、これらからＣａＳを分離せ
ずにそのまま粉砕機へ導入すること、とりわけチャーは
そのまま粉砕機へ導入して粉砕することが望ましい。
又、粉砕したチャーは、その後のＣａＳ酸化工程にも導
入することが望ましい。粉砕によって、ＣａＳに変換さ
れた脱硫剤の粒径を約１／１０程度に微粒化すること、
微粒化後の粒径を１〜１０μｍ程度にすることが望まし
い。更にこの粉砕によって、ＣａＳ粒子の中心部付近に
ＣａＳに変換されずに残留しているＣａＯを露出させる
ことが望ましい。

【００１７】酸化器では、下記の（３）式から（７）式
に示す化学反応に従って、ＣａＳからＣａＳＯ₄ への転
化が行われる。

【００１８】

【化３】 Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂ …（３）

【００１９】

【化４】

【００２０】

【化５】

【００２１】

【化６】

【００２２】

【化７】

【００２３】（３）式の反応は、固形分中の未反応石炭
（チャー）が燃焼する反応であり、これにより（５）〜
（７）式の反応を行わせるのに必要な熱の一部を賄うこ
とができる。この（３）式の反応を活発にするために、
前述の固形分分離手段においてＣａＳ粒子と共にチャー
をも粉砕することが望ましい。

【００２４】ＣａＳがＣａＳＯ₄ へ転化する反応には、
（４）式と（６）式のように、一旦、ＣａＯによる過程
を経てＣａＳＯ₄ へ転化される反応と、（５）式と
（７）式のようにＣａＳＯ₃ に変換されたのちＣａＳＯ
₄ へ転化される反応とがある。

【００２５】酸化器では、これらの反応のうち（６）式
の反応を活発に進行させる必要がある。（６）式の反応
が不十分であると、有害ガスであるＳＯ₂が残留する。
ＳＯ₂を大気中に放出することはできないので、残留し
たＳＯ₂ をガス化炉に戻すというような処置が必要にな
り、石炭ガス化システムが複雑になる。また、石炭ガス
化炉にＳＯ₂ を戻した場合には、下記の（８）式に示す
ように脱硫室で一部のＣａＣＯ₃ とＳＯ₂ とが反応して
ＣａＳＯ₄ を生成するために、Ｈ₂Ｓ の反応に供せられ
るＣａＣＯ₃ が相対的に少なくなり、脱硫室に多量の脱
硫剤を供給しなければならないという問題がある。

【００２６】

【化８】

【００２７】固形分を粉砕器で粉砕するときに、ＣａＳ
粒子の中心部にＣａＳに変換されずに残っているＣａＯ
を露出させることにより、このＣａＯを（６）式の反応
に利用することができるので、ＳＯ₂ が残留するのを実
質的に防止することができる。

【００２８】前記（６）式の反応は、酸素濃度が低下す
るほど進みにくい。従って、本発明では、酸化器を内部
が空洞の筒状体にし、その上部から下部に向けて固形分
を落下させるようにし、落下する途中で複数の箇所から
酸素或いは空気よりなる酸化剤を供給することを提案す
る。このために、酸化器の上下方向の複数の箇所に酸化
剤供給ノズルを備えることが望ましい。また、酸化器内
の複数の箇所に酸素濃度センサを設置し、酸素濃度を検
出して酸化剤の供給量を制御することが望ましい。

【００２９】酸化器では、ＣａＳＯ₄ 及び灰分よりなる
固形分とともにＣＯ₂ ガスが生成する。このＣＯ₂ ガス
の量は、石炭から生成したガスの全体から見れば１〜２
％程度にすぎないが、製品ガス（固形分を分離した生成
ガス）に混ぜて熱エネルギーの損失を防ぐことが望まし
い。ＣａＳＯ₄ 及び灰分よりなる固形分は、そのまま放
置しても変質することがないので、セメントの原料にし
たり、地中に埋めるなどして処分することが望ましい。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【００３１】図１は、本発明による石炭ガス化システム
のブロックダイアグラムである。図１に示すように、ま
ず、石炭と酸化剤(酸素又は空気)をガス化工程１０に送
る。ガス化方式には、固定層法，流動層法，気流層法等
があり、何れの方式も適用可能である。ガス化工程１０
では、Ｈ₂，ＣＯ，ＣＨ₄，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏに富むガス及び
主にＨ₂Ｓ ，ＣＯＳよりなるガス状の硫黄化合物が発生
する。また、チャーや灰分よりなる固形分が残る。石炭
生成ガスからＨ₂Ｓ ，ＣＯＳ等のガス状硫黄化合物を除
去するために、石炭生成ガスを次に脱硫工程２０に導
く。脱硫工程２０では、脱硫剤粒子(ＣａＣＯ₃，Ｆｅ₂
Ｏ₃，ＭｇＯ の少なくとも１種)を供給して石炭生成ガ
スと接触させ、前記した（１）式及び（２）式に従って
ガス状硫黄化合物を除去する。脱硫工程を終えたなら
ば、石炭生成ガスを燃料ガスとして使用するためにガス
化炉の系外に抜き出すが、このときに（２）式の反応で
ＣａＳに変換された粒子，チャー及び灰分が石炭生成ガ
スに混入して抜き出されるので、分離工程４０で固形分
を分離する。この際、予め冷却工程３０で生成ガスの温
度を下げる。本発明を石炭ガス化複合発電システムに適
用する場合には、この冷却工程で石炭生成ガスとの熱交
換により蒸気を発生させて、その蒸気でスチームタービ
ンを駆動するようにすることが望ましい。固形分分離工
程４０で固形分を分離したならば、固形分粉砕工程５０
に導入して、ＣａＳに変換された粒子を粉砕する。ここ
でチャーも粉砕する。そして、次の酸化工程６０へ導入
し、ＣａＳをＣａＳＯ₄に転化する。なお、脱硫剤とし
てＦe₂Ｏ₃を用いた場合には、ＦeＳＯ₄へ転化され、脱
硫剤としてＭｇＯを用いた場合には、ＭｇＳＯ₄ へ転化
されることになる。酸化工程６０では、固体のＣａＳＯ
₄ 及びＣＯ₂ ガスが生成し、灰分が残留する。そこで、
残渣分離工程７０でＣＯ₂ と固形の残渣とを分離する。

【００３２】ＣＯ₂ ガスは酸化工程の熱で８００〜１１
００℃になっているので、石炭生成ガスと混合し、熱エ
ネルギーの損失を防ぐ。また、固体のＣａＳＯ₄ 及び灰
分は、廃棄するか或いは埋立て等に利用する。

【００３３】図２は、図１の石炭ガス化システムのフロ
ーを具体化した石炭ガス化システムの一例を示してい
る。

【００３４】この石炭ガス化システムでは、ガス化炉１
１のガス化室１３の上方に脱硫室２１が設けられ、下方
にスラグ冷却室１２が設けられている。ガス化室１３に
は石炭１及び酸化剤２が供給されることを示している。
実際の装置製作に当っては、石炭と酸化剤の供給ノズル
を備えた石炭ガス化バーナを複数個具備することが望ま
しい。ガス化室１３では、石炭のガス化にともなって、
石炭中の灰分が溶融し、スラグとなってスラグタップ孔
１５からスラグ冷却室１２に落下する。スラグ冷却室１
２には、水が貯めており、ここに溶融スラグが落下する
ことによって、該スラグは急速に固化する。固化したス
ラグはガス化炉から系外へ排出される。

【００３５】ガス化室１３で生成したガスとチャー及び
灰分の一部は、絞り部１４を通って脱硫室２１に入る。
脱硫室２１には、外部より脱硫剤(ＣａＣＯ₃，Ｆｅ
₂Ｏ₃，ＭｇＯ或いはこれらの混合物）３が供給されるよ
うになっている。脱硫剤は、貯蔵庫より取り出されたの
ち、一旦、加圧ホッパ５に入れられ、そこで脱硫剤供給
装置６により一定量だけ抜き出され、搬送ガス４たとえ
ば窒素，空気又はガス化炉生成ガスの一部を利用して脱
硫室２１に供給される。脱硫室２１での脱硫剤とガス状
の硫黄化合物との反応は、数秒から十数秒の間で殆ど終
了し、ガス状の硫黄化合物が除去される。例えば脱硫剤
とガス状の硫黄化合物との接触反応時間が５秒であれ
ば、脱硫率は９０％になる。なお、図２には図示してい
ないが、脱硫室２１の炉壁を水冷構造にしておき、ガス
化炉内の熱と熱交換させて蒸気を発生させ、この蒸気を
他の用途に利用することも可能である。

【００３６】脱硫室２１を出た石炭生成ガス２９は、廃
熱回収ボイラ３１に入る。ここでは伝熱管に水３２を流
し水蒸気３３を得る。廃熱回収ボイラ３１の入口のガス
温度は８００〜１１００℃であり、これが出口では３０
０〜４００℃程度に低下する。

【００３７】冷却した石炭生成ガス３９は脱塵装置４１
に入る。この実施例では、３００〜４００℃の温度に耐
えうるバグフィルター４２を備えた脱塵装置を使用して
いる。石炭生成ガスは、バグフィルター４２を通過する
過程で固形分が分離され、清浄な燃料ガス４８になる。

【００３８】バグフィルター４２で石炭生成ガスから分
離された固形分は、脱塵装置４１内の下部に設けられた
ホッパ４３に一旦貯留したのち粉砕機５１で粉砕する。
粉砕機５１は例えばロールクラッシャーである。固形分
は、粉砕機５１の入り口ではおよそ１０〜１００μｍの
粒径であるが、粉砕機の出口では約１／１０のおよそ１
〜１０μｍの粒径になる。粉砕された固形分は、搬送ガ
ス４ａによりバーナ６２に送り、酸化器６１に導入す
る。搬送ガス４ａには、ガス化炉の脱硫室に脱硫剤を供
給するときに使用した搬送ガスと同じものを使用すると
良い。また、この搬送ガスは、酸化器６１における温度
調節剤としても働くので、その流量はきちんと制御する
のが良い。酸化器６１としては、内部が空洞の筒状体の
上方に固形分の導入口を備え、下方に固形分の排出口を
備え、筒状体の上下方向の複数の箇所に酸化剤の供給手
段を備えたものを使用するとよい。

【００３９】図３に、酸化器６１に設置されるバーナ６
２の一例を示す。バーナ６２は、三重管構造であり、中
央に固形分と搬送ガスとが流れる固形分供給ノズル６３
があり、その外側に酸化剤２が流れる酸化剤供給ノズル
６４があり、更にその外側に冷却水６７が流れる冷却水
供給ノズル６６がある。固形分供給ノズル６３から噴出
した固形分は、まず酸化剤とチャーとが接触してチャー
が着火する。バーナをこのチャーの着火による加熱から
保護するために冷却水供給ノズル６６を具備する。酸化
器６１では、前記（３）式から（７）式に示す化学反応
が生じ、これによってＣａＳがＣａＳＯ₄ に転化され
る。酸素の供給量は、チャー中の炭素を完全に燃焼させ
る量とＣａＳを酸化させてＣａＳＯ₄ に転化するのに必
要な量となるように設定する。チャー中の炭素割合は、
ガス化工程でのガス化条件によっても異なるが、通常、
１０〜６０重量％である。従って、チャー中の炭素を完
全に燃焼させるには、およそチャー１kgあたり０.２７
〜１.６kgの酸素を供給する必要がある。一方、ＣａＳ
の酸化に必要な酸素の量は、ＣａＳ１kgあたり１.７８k
gである。

【００４０】ＣａＳのＣａＳＯ₄ への転換率は（６）式
と（７）式が律速となる。この反応は酸素濃度に支配さ
れる。そこで、酸化器６１の上下方向の複数の箇所に酸
化剤供給ノズルを設けて、これらのノズルから酸化剤を
供給するようにするのがよい。また、このために酸化器
６１の上下方向の数箇所に酸素濃度センサを設置して酸
素濃度を検出することが望ましい。図２では、酸化器６
１の上下方向の三箇所から酸化剤を供給するようにして
いる。

【００４１】酸化器６１に供給される酸素量が少ない場
合には、Ｏ₂，ＣＯ₂濃度が低くなり、ＳＯ₂ ，ＣＯ濃度
が高くなる。一方、酸素量が多い場合には、Ｏ₂，ＣＯ₂
濃度が高くなり、ＳＯ₂ ，ＣＯ濃度が低くなる。一方、
酸化器６１から抜き出されたガスを脱塵装置４１で得ら
れたガス４８に混合して利用するような場合には、Ｏ₂
濃度が必要以上に高くなることは好ましくない。そこ
で、酸化器６１から排出されたガス６９のＯ₂，ＣＯ₂，
ＣＯ，ＳＯ₂ 濃度を分析し、この結果を酸化剤の供給量
の制御に反映させることもまた有効である。図２では、
そのためのガス分析計８０を備えている。

【００４２】酸化器６１では、（３）式から（７）式の
反応を行わせるために１０〜２０秒の時間を稼ぐ必要が
あるので、その高さは５〜１０ｍにすることが望まし
い。

【００４３】酸化器６１を出たガス６９は、脱塵室７１
に入り、そこでフィルター７２によりＣａＳＯ₄ 及び灰
分が除去される。これにより得られた主としてＣＯ₂ よ
りなるガス７９は、脱塵装置４１で固形分が除かれたガ
ス４８と混合され、合成された清浄な燃料ガス４９とな
る。なお、酸化器６１を出た直後のガス６９は８００〜
１１００℃という高温の状態にあるので、フィルター７
２にはセラミックフィルターを用いるのが良い。

【００４４】脱塵室７１で捕集されたＣａＳＯ₄ 及び灰
分よりなる固形分は、バルブ７３とホッパ７４とバルブ
７５で構成されるいわゆるロックホッパシステムにより
系外へ排出される。なお、ロックホッパシステムによっ
てＣａＳＯ₄ 及び灰分を回収するときには、バルブ７３
を開き、バルブ７５を閉めてホッパ７４に固形分を貯め
る。固形分を排出する時には、バルブ７３を閉め、ホッ
パ７４を減圧し、バルブ７５を開く。

【００４５】なお、ガス７９中には、ＣＯ₂ のほかにＳ
Ｏ₂ が一部含まれることがある。この場合、ガス７９と
ガス４８とが合流しガス４９になるときに、ガス４８に
含まれる水素によりＳＯ₂ が還元されてＨ₂Ｓ に転換す
る反応が生じる。最終的に得られる燃料ガス中のＨ₂Ｓ
の濃度は少ない方がよく、従って、Ｈ₂Ｓ 濃度を所定値
以下に押さえる必要がある。このためにガス化炉に供給
する脱硫剤の供給量を制御し、予めＨ₂Ｓ の生成量をコ
ントロールすることは望ましい。そのためにガス４９中
のＨ₂Ｓ 濃度をガス分析計８０によって検出し、この検
出値に基づいてガス化炉に供給する脱硫剤の供給量をコ
ントロールすることが望ましい。

【００４６】本実施例の石炭ガス化システムを使用して
実際に石炭をガス化した。硫黄分を０.２ 重量％含んだ
石炭をガス化したときのガスの生成量は石炭１kgあたり
1.9Ｎｍ³ であり、この中にＨ₂Ｓ が１２８０ppm 、Ｃ
ＯＳが６０ppm 含まれていた。脱硫剤ＣａＣＯ₃ を石炭
１kgあたり０.０２５kg 供給した。廃熱回収ボイラで冷
却したのちのガス３９におけるＨ₂Ｓ 及びＣＯＳの濃度
はそれぞれＨ₂Ｓ が５２ppm、ＣＯＳが１２ppmであり、
脱硫率は９５％であった。酸化器６１へ供給した酸素の
量は、脱硫用が石炭１kgあたり０.００５８Ｎｍ³であ
り、チャー燃焼用が石炭１kgあたり０.０６１Ｎｍ³であ
り、合計では０.０６６８Ｎｍ³であった。また、酸化器
６１から排出されたガス６９中のＳＯ₂ 濃度は３３４pp
m であり、清浄ガス４９中のＨ₂Ｓ濃度は９９ppm であ
り、トータルの脱硫率は９２.１％であった。脱硫剤は
効率良くＣａＳＯ₄ に転換され、ＣａＳのまま残留する
ことはなかった。

【００４７】図２に示す本発明の石炭ガス化システムに
おいては、廃熱回収ボイラ３１で高温の蒸気を得ること
ができるという効果もある。すなわち、本発明によれば
石炭生成ガス中のＨ₂Ｓ が脱硫室２１で除去されて廃熱
回収ボイラ３１に入るので、廃熱回収ボイラ３１の伝熱
管の表面温度が高くてもＨ₂Ｓ による腐食が抑えられ、
このため高温の蒸気を得ることができるという効果があ
る。従来の石炭生成ガス中のＨ₂Ｓ 濃度は、廃熱回収ボ
イラの入口において数百〜千ppm であり、このため伝熱
管の表面温度を２５０〜３００℃程度にしかできなかっ
た。これに対し、本発明によれば、石炭生成ガス中のＨ
₂Ｓ 濃度は廃熱回収ボイラの入口において百ppm 以下で
あるから、伝熱管の表面温度を４５０〜５００℃程度に
まで高めることができる。これにより、廃熱回収ボイラ
の伝熱管面積を小さくできたり、この蒸気を利用した発
電プラントの発電効率を向上できるという利点がある。

【００４８】図４は、図２に示す石炭ガス化システムを
組み込んだ石炭ガス化複合発電システムの概略図を示
す。本発明の石炭ガス化システムで得られた清浄ガス４
９は、ガスタービン燃焼器８３に導入され、空気圧縮機
８２で圧縮された空気により燃焼される。ガスタービン
燃焼器８３で得られた燃焼ガス８６はガスタービン８４
に導入され、発電機８５により電力を発生するのに使わ
れる。ガスタービン８４から排出された燃焼ガスは廃熱
回収ボイラ９０に導入され、石炭ガス化システムの廃熱
回収ボイラ３１で得られた水蒸気３３を更に加熱するた
めに使用される。廃熱回収ボイラ９０で得られた水蒸気
９３は、蒸気タービン９１に導入され、発電機９２によ
り電力を発生するのに使われる。廃熱回収ボイラ９０を
出た燃焼ガス８７は大気中に放出される。これにより、
無公害の石炭ガス化複合発電システムを構築できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の石炭ガス化システムにおいて
は、石炭ガス化炉から石炭生成ガスとともに系外に排出
された使用済みの脱硫剤（ＣａＣＯ₃，Ｆｅ₂Ｏ₃あるい
はＭｇＳよりなる脱硫剤が石炭生成ガスに含まれる硫黄
化合物と反応してできたＣａＳ等の硫化物）を酸化して
ＣａＳＯ₄ 等の酸化物に変換する際に、予め使用済みの
脱硫剤を粉砕して表面積を増大させているので、酸化時
に使用済みの脱硫剤の中心部にＣａＳ等の硫化物がＣａ
ＳＯ₄ 等に変換されずにそのまま残留するのを防止する
ことができる。

【００５０】また、本発明の石炭ガス化システムにおい
て、使用済みの脱硫剤の酸化器の複数の箇所から酸化剤
を供給することにより、酸化時にＳＯ₂ の発生量を減ら
すことができるという効果がある。

【００５１】また、このように酸化時のＳＯ₂ 発生量が
少ないので、酸化によって生成したガスを石炭生成ガス
に混ぜて使用することができ、熱エネルギーの損失を少
なくできるという効果も得られる。

【００５２】更に、本発明の石炭ガス化システムを石炭
ガス化複合発電システムに組み込むことにより、無公害
の複合発電システムを構築できることの他に、伝熱管を
腐食させずに高温の蒸気を得ることができ、この結果、
発電効率を高めることができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による石炭ガス化システムの概略を示す
ブロックダイヤグラム。

【図２】本発明の一実施例による石炭ガス化システムを
具体的に示すフロー図。

【図３】酸化器に設置する酸化剤供給ノズルの一例を示
す断面図。

【図４】本発明による石炭ガス化システムを備えた石炭
ガス化複合発電システムの概略図。

【符号の説明】

１…石炭、２…酸化剤、３…脱硫剤、４…搬送ガス、１
１…ガス化炉、１２…スラグ冷却室、１３…ガス化室、
２１…脱硫室、３１…廃熱回収ボイラ、４１…脱塵装
置、４２…バグフィルター、４３…ホッパ、４９…燃料
ガス、５１…粉砕機、６１…酸化器、６２…バーナ、７
１…脱塵室。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硫黄を含有する石炭を酸化剤と反応させて
   ガス化する石炭ガス化室と上記反応によって生成したガ
   スをＣａＣＯ₃ ，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＭｇＯ又はこれらの混合物
   から選ばれた脱硫剤と接触させて石炭生成ガス中の硫黄
   化合物を除去するとともに該脱硫剤をＣａＳ，ＦｅＳ，
   ＭｇＳ又はこれらの混合物よりなる化合物に変換する脱
   硫室とを備えた石炭ガス化炉と，該ガス化炉で生成した
   ガスを該ガス化炉の系外において脱塵装置を通過させて
   該ガスに混入する灰，チャー及び脱硫済剤からなる固形
   分を除去し製品ガスを取り出す手段と，該脱塵装置によ
   って捕捉された固形分を粉砕して表面積を増大させる手
   段と，粉砕された該固形分を酸化剤と接触させて該固形
   分中の灰，チャー及び前記脱硫剤から変換したＣａＳ，
   ＦｅＳ，ＭｇＳ又はこれらの混合物よりなる化合物を同
   時に酸化し脱硫済剤をＣａＳＯ₄,ＦｅＳＯ₄ ，ＭｇＳＯ
   ₄ 又はこれらの混合物に転化する手段とを備えたことを
   特徴とする石炭ガス化システム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記固形分粉砕手段が
   ロールクラッシャーよりなることを特徴とする石炭ガス
   化システム。
3. 【請求項３】請求項１において、前記固形分粉砕手段と
   して、固形分に含まれる使用済みの前記脱硫剤をおよそ
   １〜１０μｍの粒子径に粉砕する手段を備えたことを特
   徴とする石炭ガス化システム。
4. 【請求項４】請求項１において、使用済みの前記脱硫剤
   を酸化する前記酸化手段として、内部が空洞の筒状体か
   らなり、該筒状体の上方に固形分の導入口を備え、下方
   に固形分の排出口を備え、該筒状体の上下方向の複数の
   箇所に酸化剤の供給手段を備えたことを特徴とする石炭
   ガス化システム。
5. 【請求項５】請求項１において、前記酸化手段の後段に
   該酸化手段の排出物をガスと固形分とに分離する脱塵手
   段を備え、該脱塵手段で分離されたガスを前記ガス化炉
   の後段に設けられた固形分分離手段で分離されたガスと
   合流させる合流部を設けたことを特徴とする石炭ガス化
   システム。
6. 【請求項６】請求項１において、脱塵装置としてフィル
   ター，サイクロン，グラニュラーベッド又は電気集塵器
   よりなる固形分除去手段を備えたことを特徴とする石炭
   ガス化システム。
7. 【請求項７】石炭ガス化室と脱硫室とを備え該ガス化室
   で生成したガスを該脱硫室で脱硫剤と接触させてガス中
   の硫黄酸化物を除去する石炭ガス化炉と、該ガス化炉で
   得られた石炭生成ガスを熱源として水蒸気を発生させる
   廃熱回収ボイラと，該廃熱回収ボイラに導入されて温度
   が降下した石炭生成ガスから固形分を分離除去する脱塵
   装置と，該脱塵装置で石炭生成ガスより分離された固形
   分を粉砕する粉砕機と，該粉砕機で粉砕された固形分を
   酸化剤供給手段を備えた炉に導入して固形分中の使用済
   み脱硫剤を酸化する酸化手段と，該酸化手段で生成した
   ガスより混入する固形分を分離除去して前記脱塵装置で
   得られたガスと合流させる手段と，該合流ガスを燃焼す
   るガスタービン燃焼器と，該ガスタービン燃焼器で生成
   した燃焼ガスによって運転されるガスタービンと発電
   機，該ガスタービンより排出されたガスを熱源として前
   記廃熱回収ボイラで得られた水蒸気を更に加熱する手段
   と，該加熱手段によって加熱された高温の水蒸気によっ
   て駆動される蒸気タービンと発電機とを備えたことを特
   徴とする石炭ガス化複合発電システム。