JPH075896B2 - 石炭ガス化装置 - Google Patents

石炭ガス化装置

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JPH075896B2
JPH075896B2 JP33003687A JP33003687A JPH075896B2 JP H075896 B2 JPH075896 B2 JP H075896B2 JP 33003687 A JP33003687 A JP 33003687A JP 33003687 A JP33003687 A JP 33003687A JP H075896 B2 JPH075896 B2 JP H075896B2
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭等の固体燃料をガス化してガス燃料に転換
する石炭ガス化装置に関する。
〔従来の技術〕
第7図に基づいて従来の石炭ガス化装置について説明す
る。石炭ガス化装置は、下段反応室1、中段反応室2お
よび上段反応室3の3つからなるガス化炉とチヤー回収
装置4とから構成される。下段反応室1には、石炭が石
炭供給ライン5から、回収チヤーが回収チヤー供給ライ
ン6から、酸素濃度が20〜100%の酸化ガスが酸化ガス
供給ライン7からそれぞれ供給される。中段反応室2に
は、石炭と酸素濃度が20〜100%の酸化ガスがそれぞれ
石炭供給ライン8および酸化ガス供給ライン9から供給
される。
下段反応室1、中段反応室2および上段反応室3におい
ては石炭をガスに転換する次のような反応が並発する。
石炭を常温から400℃以上の温度にすると、石炭の一部
が熱分解をおこし、水素、一酸化炭素、炭酸ガス、水蒸
気、メタン、エタン、エチレンと微量の高沸点炭化水素
とに転換する、いわゆる脱揮発反応が生起する。脱揮発
反応後の石炭は、主に炭素と灰とからなるチヤーと呼ば
れる固体となる。
チヤー中の炭素は水蒸気または炭酸ガスと反応して、次
の第1式および第2式の化学式で表わされるように、水
素と一酸化炭素とに転換する。
C+H2O=CO+H2 ・・・・・第1式 C+CO2=2CO ・・・・・第2式 前記2つの反応は850℃〜2000℃の温度で左辺から右辺
へ進行する。本明細書において、前記2つの反応を総称
してガス化反応と呼ぶことにする。
これらのガス化反応は吸熱反応であり反応室内を850℃
〜2000℃の温度に保持するために、反応室内に酸素を含
んだガスを供給して、チヤー中の炭素、石炭および発生
ガス中の可燃ガスと酸素との反応、すなわち燃焼反応を
生起させ燃焼熱を発生させる。
下段反応室1において、石炭と回収チヤー中の炭素、水
素、酸素等は脱揮発反応とガス化反応および燃焼反応に
よりガスに転換される。同時に石炭と回収チヤー中の灰
とが、溶融する温度以上に下段反応室1の温度を調整
し、灰を溶融させてスラグとして溶融スラグ排出口10か
ら系外へ排出する。下段反応室1で発生したガスとチヤ
ーは、中段反応室2へ送られ、石炭供給ライン8から供
給された石炭を脱揮発反応させる熱源として利用され
る。中段反応室2において、脱揮発反応、ガス化反応お
よび酸化ガス供給ライン9から供給された酸化ガスによ
る燃焼反応により石炭はガスとチヤーとに転換される。
中段反応室2で発生したガスとチヤーとは、上段反応室
3に送られ、ガス化反応による吸熱とガスから周囲の壁
への放熱で冷却される。上段反応室3からの発生ガス
は、ライン11によりチヤー回収装置4に送られ、発生ガ
スは、粗精製ガスと回収チヤーとに分離され、粗精製ガ
スは組成ガスライン12により回収され回収チヤーは回収
チヤー供給ライン6により下段反応室1に送られる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第8図は、ある石炭のチヤー(直径50μm)がガス化反
応(曲線I)または燃焼反応(曲線II)でチヤー中炭素
が零となる時間と温度の関係を示したものである。ガス
化温度が1500℃以上になると吸熱反応であるガス化反応
速度(曲線I)と発熱反応である燃焼反応速度(曲線I
I)との差が急速に小さくなることがわかる。
下段反応室1では、石炭中の灰を溶融してスラグとして
系外に排出させるために、石炭中の灰溶融温度以上に下
段反応室1内の温度を保持する必要がある。灰溶融温度
が高く、下段反応室1の温度を1600℃以上に保持する必
要がある石炭の場合には、第9図に示すように下段反応
室1の部分燃焼割合(下段反応室1へ供給される酸素量
/下段反応室へ供給される石炭とチヤーとの炭素および
水素をCO2およびH2Oにするために必要な酸素量)を、0.
6〜0.8の大きな値に設定しなければならない。それは、
灰溶融温度の1600℃以上ではチヤー中炭素のガス化反応
速度と燃焼反応速度との値が同程度となり、1600℃以上
の温度に保持するためにはガス化反応で生成した水素お
よび一酸化炭素の一部を燃焼する必要がありその燃焼に
必要な酸素を供給する必要があり部分燃焼割合が大とな
る。
上段反応室3で完全にガス化されなかったチヤーはチヤ
ー回収装置4で回収され、回収チヤーとして下段反応室
1に供給され下段反応室1でガス化、燃焼される。ガス
化反応速度が遅いチヤーの場合には、下段反応室1でガ
ス化、燃焼すべき回収チヤーが多量に発生するので、石
炭供給ライン5からの石炭の供給量を減少させ、それに
対応して石炭供給ライン8からの石炭の供給量を増加さ
せるという運用方法で対処している。しかし、この方法
では、第10図に示すように、下段反応室1で処理すべき
回収チヤーの量が増加すると、前述の下段反応室1の灰
の溶融温度を保つに必要な大きな部分燃焼割合もあり、
ガス化炉全体の部分燃焼割合(ガス化炉へ供給される酸
素量/ガス化炉へ供給される石炭の炭素と水素とをCO2
およびH2Oにするために必要な酸素量)が増大し発生ガ
ス中のCO2,H2Oの割合が増し、粗精製ガスの発熱量の低
下と上段反応室3の発生ガスの温度が高すぎてチヤーの
付着による配管閉鎖を招くという問題点があった。
以上のように、従来装置では灰の融点が高く、またガス
化反応速度の遅い石炭をガス化する場合は、発生ガスの
発熱量が低下することと、上段反応室の出口以降におい
てチヤー中の灰が溶融付着して管路を閉塞させるという
問題点があった。
本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、発生ガスの
発熱量の低下がなく、チヤー中の灰の溶融付着による配
管の閉塞がない石炭ガス化装置を提供することを目的と
したものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は石炭、回収チヤーおよび酸化ガスの供給手段を
備えるとともに底部に溶融スラグ排出口を有する下段反
応室と前記下段反応室の上部に連設され前記下段反応室
と連通し石炭および酸化ガスの供給手段を有する中段反
応室と前記中段反応室の上部に連設され前記中段反応室
と連通し酸化ガスの供給手段を有する上段反応室とを備
えたガス化炉と、前記上段反応室に連結されるとともに
前記下段反応室に連結した回収チヤー供給手段に連結し
ているチヤー回収装置とを具備していることを特徴とす
る石炭ガス化装置を提案するものである。
〔作用〕
上段反応室に石炭中のチヤーのガス化反応速度を増大さ
せるために酸素を含んだ酸化ガスを上段反応室に連結さ
れている酸化ガス供給手段により供給して、上段反応室
内のガス中可燃ガスおよびチヤー中炭素の一部を燃焼さ
せて、上段反応室内のチヤーの温度を上昇させる。チヤ
ーの温度上昇によりチヤーのガス化反応速度が増大し、
発生ガスの発熱量が増大し、発生ガス温度が下り灰の溶
融付着が防止される。なお酸化ガスの供給量が過剰とな
ると上段反応室の出口発生ガスの温度が高くなりすぎる
ので、酸化ガスの供給量は第10図に示したA点の値より
ガス化炉供給炭素のうち下段反応室でガス化燃焼させる
炭素の割合が少なくなるようにする。そのために上段反
応室内のチヤーの温度を上段反応室内のチヤー中炭素の
ガス化燃焼させる割合を(1−A)より大きくなるよう
に第8図に示したようなチヤーのガス化反応速度から計
算される温度に設定する。
このようにして上段反応室に酸化ガスを供給するとガス
化反応速度の遅いチヤー、特にチヤー中炭素濃度が低く
なるにつれてガス化反応速度が遅くなるという性質を持
ったチヤー中炭素のガス化反応速度を増大させることが
できるので、ガス化炉供給炭素のうち下段反応室でガス
化燃焼させる炭素の割合を減少させることができ発生ガ
スの発熱量の低下を抑えチヤー中灰の溶融付着を防止で
きる。
〔実施例〕
第1図により本発明の一実施例の石炭ガス化装置につい
て説明する。第1図において、第7図と同一符号の部分
は第7図に示された部分と同一の機能を有する部分を示
し、1はガス化炉の下段反応室、2は同じくガス化炉の
下段反応室1の上部に連設され下段反応室1に連通する
中段反応室、3は同じくガス化炉の中段反応室2の上部
に連設され中段反応室2に連通する上段反応室、4は上
段反応室3に連結されたチヤー回収装置、5は下段反応
室に連結された石炭供給ライン、6はチヤー回収装置4
と下段反応室1とを連結する回収チヤー供給ライン、7
は下段反応室1に連結された酸化ガス供給ライン、8は
中段反応室2に連結された石炭供給ライン、9は中段反
応室2に連結された酸化ガス供給ライン、10は下段反応
室1の底部に開口した溶融スラグ排出口、11は上段反応
室3とチヤー回収装置4とを連結するライン、12はチヤ
ー回収装置4に連結した粗製ガスライン、13は上段反応
室3に連結された酸化ガス供給ラインである。このよう
な構成の石炭ガス化装置において、下段反応室1には石
炭が石炭供給ライン5からまた、回収チヤーが回収チヤ
ー供給ライン6から酸素濃度が20〜100%の酸化ガスが
酸化ガス供給ライン7からそれぞれ供給される。中段反
応室2には、石炭が石炭供給ライン8から、また酸素濃
度が20〜100%の酸化ガスが酸化ガス供給ライン9から
供給される。上段反応室3には酸素濃度が20〜100%の
酸化ガスが酸化ガス供給ライン13から供給される。下段
反応室1においては、石炭と回収チヤー中の炭素、水素
等が脱揮発反応、ガス化反応、燃焼反応によりガスに転
換させると同時に、石炭と回収チヤー中の灰が溶融する
温度以上に下段反応室1の温度を保持し、灰を溶融させ
て溶融スラグとして溶融スラグ排出口10から系外へ排出
する。下段反応室1で発生したガスとチヤーは、中段反
応室2へ送られ、石炭供給ライン8から供給された石炭
を脱揮発反応させる熱源として利用される。中段反応室
2において、脱揮発反応、ガス化反応および酸化ガス供
給ライン9からの酸化ガスによる燃焼反応により石炭は
ガスとチヤーに転換される。中段反応室2で発生したガ
スとチヤーは上段反応室1に送られて、酸化ガス供給ラ
イン13から供給された酸素濃度が20〜100%の酸化ガス
中の酸素と燃焼反応して、チヤー温度が上昇し、ガス化
反応を促進させる。炭種によってガス化反応の遅いもの
は、更に酸素濃度が20〜100%の酸化ガスを供給し、チ
ヤー温度を上昇させガス化反応を促進させる。このよう
にして回収チヤー量が減少し、発生ガスの発熱量が増し
発生ガス温度を低下させチヤー中灰の溶融を防ぐ。上段
反応室3からの発生ガスはライン11によりチヤー回収装
置4に送られ、発生ガスは粗精製ガスと回収チヤーとに
分離され、回収チヤーは回収チヤー供給ライン6により
下段反応室1に送られる。
第2図は下段反応室1、中段反応室2、上段反応室3か
らなるガス化炉の詳細な側断面図である。第2図におい
てガス化炉内は下段反応室1、中段反応室2、上段反応
室3からなり、外壁15により囲繞されている。ガス化反
応を生起させる部分は、耐火断熱材16が外壁15に内張さ
れている。上段反応室3の上部は、発生ガスを冷却する
ために、冷却管17が内設されている。冷却管17には冷却
水が供給され熱回収後系外に排出される。第3図は、第
2図のIII−III線に沿う断面図で、石炭を酸化ガスで気
流搬送して下段反応室1に送り込むための石炭供給ノズ
ル18と、回収チヤーを酸化ガスで気流搬送して下段反応
室1に送り込むためのチヤー供給ノズル19および酸化ガ
ス供給ノズル20とが下段反応室1の外壁15に中心線から
偏倚した方向に向けて開口している。第4図は、第2図
のIV−IV線に沿う断面図で、石炭を酸化ガスで気流搬送
して中段反応室2に送り込むための石炭供給ノズル21が
外壁15に付設されている。第5図は、第2図のV−V線
に沿う断面図であり、酸化ガスを上段反応室3へ供給す
るための酸化ガス供給ノズル22が外壁15に付設されてい
る。第6図は、第2図のVI−VI線に沿う断面図である。
第6図において17は冷却管で上段反応室1の上部の耐火
断熱材16の内側に周設されている。
本実施例の石炭ガス化装置によれば、発生ガスの発熱量
の低下を防ぎ、チヤー中灰の溶融付着による管路の閉塞
を防止することができる。
〔発明の効果〕
本発明の石炭ガス化装置によれば上段反応室のガス化反
応の反応速度が遅いために生じる、発生ガスの発熱量の
低下およびチヤー中の灰が溶融付着して配管を閉塞させ
るという問題点を解決することができるという特有の効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の1実施例の石炭ガス化装置の説明図、
第2図は上記実施例のガス化炉の側断面図、第3図は第
2図のIII−III線に沿う断面図、第4図は第2図のIV−
IV線に沿う断面図、第5図は第2図のV−V線に沿う断
面図、第6図は第2図のVI−VI線に沿う断面図、第7図
は従来の石炭ガス化装置の説明図、第8図は50μmのチ
ヤーのガス化反応と燃焼反応の温度依存性を表わすグラ
フ、第9図は下段反応室の部分燃焼割合と温度との関係
を示すグラフ、第10図は下段反応室でガス化、燃焼され
る炭素の割合とガス化炉全体の部分燃焼割合との関係を
示すグラフである。 1……下段反応室、2……中段反応室、3……上段反応
室、4……チヤー回収装置、5,8……石炭供給ライン、
6……回収チヤー供給ライン、7,9,13……酸化ガス供給
ライン、10……溶融スラグ排出口、11……ライン、12…
…粗製ガスライン、17……冷却管、18,21……石炭供給
ノズル、19……チヤー供給ノズル、20,22……酸化ガス
供給ノズル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石炭、回収チヤーおよび酸化ガスの供給手
    段を備えるとともに底部に溶融スラグ排出口を有する下
    段反応室と前記下段反応室の上部に連設され前記下段反
    応室と連通し石炭および酸化ガスの供給手段を有する中
    段反応室と前記中段反応室の上部に連設され前記中段反
    応室と連通し酸化ガスの供給手段を有する上段反応室と
    を備えたガス化炉と、前記上段反応室に連結されるとと
    もに前記下段反応室に連結した回収チヤー供給手段に連
    結しているチヤー回収装置とを具備していることを特徴
    とする石炭ガス化装置。
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