JPH0967582A - 水素・一酸化炭素混合ガスの製造方法及び製造装置 - Google Patents

水素・一酸化炭素混合ガスの製造方法及び製造装置

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JPH0967582A
JPH0967582A JP22299095A JP22299095A JPH0967582A JP H0967582 A JPH0967582 A JP H0967582A JP 22299095 A JP22299095 A JP 22299095A JP 22299095 A JP22299095 A JP 22299095A JP H0967582 A JPH0967582 A JP H0967582A
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文彦 木曽
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紀夫 嵐
Atsushi Morihara
森原　　淳
Shuntaro Koyama
俊太郎 小山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】メタノールを、高効率・低コストで製造する方
法及び装置を提供する。 【構成】石炭，天然ガス、及び水蒸気，酸素等の酸化剤
を原料とし、メタノールの原料となるＨ2 ，ＣＯ混合ガ
スの製造にあたって組成をメタノールの合成に最適な
［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２となるように制御し、この
Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスを用いてメタノールを合成する。Ｈ
2 ，ＣＯ混合ガスの製造にあたっては、石炭と酸化剤を
反応させてＣＯ，ＣＯ2 ，Ｈ2Ｏ ，Ｈ2 及び熱を発生さ
せ、この時発生した熱によって天然ガス及び水蒸気を反
応させて天然ガスからＨ2 ，ＣＯ混合ガスを得る。 【効果】天然ガスからメタノールを製造する従来の技術
及び石炭をガス化してメタノールを製造する従来の技術
に較べて、原料からメタノールへの変換効率を絶対値で
１０〜１５％高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメタノールなどの有機化
合物合成の原料あるいは発電用の燃料となる水素
(Ｈ2），一酸化炭素（ＣＯ）混合ガスを石炭，天然ガス
から製造する方法、及びこの方法により生成された
Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスを用いてメタノールを製造する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】メタノールを工業的に製造する方法とし
ては、天然ガスを原料とする方法，石炭を原料とする方
法が公知である。
【０００３】天然ガス（主成分ＣＨ4 ）を原料とする方
法としては、触媒を用いる方法と触媒を用いない方法が
あるが、例えば特開昭51−29408 号公報に示されている
触媒を用いる方法が主に利用されている。天然ガスを用
いる方法ではまず天然ガスを脱硫装置に投入し、天然ガ
ス中に含まれる硫化水素(Ｈ2Ｓ）を除去する。次にこの
Ｈ2Ｓ を除去した天然ガスおよび水蒸気を天然ガス改質
装置に投入し、（１）式に示す天然ガスと水蒸気の反応
を用いてＨ2 ，ＣＯ混合ガスを得る。
【０００４】
【化１】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ …（１） 触媒を用いる場合には耐熱性の高いアルミナなどの担体
にニッケル系の化合物を担持した触媒が用いられ、反応
条件としては８００〜９００℃が必要である。この反応
は吸熱反応であり、反応に必要な８００〜９００℃を維
持するためには熱を供給し続けなければならず、熱源と
しては一般的には（２）式で示す天然ガスの燃焼熱が利
用される。
【０００５】
【化２】 ＣＨ4＋２Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 …（２） なお、触媒を用いない場合、（１）式の反応を進めるた
めには１０００〜1500℃の高温が必要であり、この場合
は反応容器内で（２）式に示す反応により高温を得る。
この場合、天然ガス改質装置では（３）式に示す反応も
起こる。
【０００６】
【化３】 ＣＨ4＋ＣＯ2→２Ｈ2＋２ＣＯ …（３） 次にここで生成したＨ2 ，ＣＯ混合ガスをメタノール合
成装置に投入して(４)式によってメタノールを合成す
る。
【０００７】
【化４】 ２Ｈ2＋ＣＯ→ＣＨ3ＯＨ …（４） ここで、（１）式の反応によって天然ガスから得られる
Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスの組成は化学量論的には［Ｈ2 ］／
［ＣＯ］＝３であるのに対し、（４）式で示すメタノー
ル合成に適したＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成は［Ｈ2 ］／
［ＣＯ］＝２である。したがって、効率的に反応を進め
るためには、Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスの組成を調整する必要
がある。一般的にＨ2 とＣＯの変換には（５）式の平衡
反応で示されるシフト反応が用いられる。
【０００８】
【化５】
【０００９】ここでは天然ガスから得られるＨ2，ＣＯ
混合ガスの組成を［Ｈ2］／［ＣＯ］＝３から［Ｈ2 ］
／［ＣＯ］＝２に変換することが目的であるから、ＣＯ
2 を投入してＨ2 の一部をＣＯに変換しなければならな
い。ＣＯ2 を工業的に得るための一般的な方法の一つに
石灰石（ＣａＣＯ3 ）の熱分解が挙げられるが、ＣＯ2
製造だけの目的に石灰石の熱分解を用いるのは効率的で
はなく、例えば水酸化カルシウム(Ｃａ(ＯＨ)2）などの
製造も同時に行う場合にのみ経済性を有するものであ
る。したがって、メタノール製造装置においてＣＯ2 を
添加するシフト反応を利用することは、近くにこれらの
プラントがある場合を除いてあまり行われていない。一
般的にはメタノール合成時に過剰となる水素はその他の
残留ガスとともにメタノールから分離され、水蒸気加熱
器へ投入する燃料として利用されている。すなわち、過
剰の水素の持つエネルギーは一度熱エネルギーに変換
し、水蒸気の持つエネルギーに熱交換器を介して移され
ることになるため、大きなエネルギーの損失が避けられ
ない。以上に示した理由から天然ガスを用いてメタノー
ルを製造する方法において、天然ガスの持つエネルギー
のうちメタノールに変換される割合、すなわち変換効率
は約７０％程度であり、原理的にもこれ以上の著しい改
善は見込まれない。
【００１０】石炭を原料とする方法は、まず石炭，酸化
剤を石炭ガス化炉に投入する。石炭は炭素，水素以外に
も酸素，硫黄，窒素，灰分などから構成される有機化合
物であるが、単純化してＣＨと仮定すると、石炭ガス化
反応は基本的には（６）式に示す反応による。
【００１１】
【化６】 ２ＣＨ＋Ｏ2→２ＣＯ＋Ｈ2 …（６） 石炭をガス化するためには石炭ガス化炉を９００〜１５
００℃に保つ必要があるが、（６）式の反応は発熱反応
であるため、特に熱源を用意する必要はない。しかし、
この排熱を有効に利用しなければ、エネルギー利用効率
を高めることができない。石炭ガス化炉から出てきたガ
スにはフライアッシュやＨ2Ｓ が含まれているので脱塵
装置でフライアッシュを回収し、脱硫装置でＨ2Ｓ を除
去する。ここで（６）式の反応によって石炭から得られ
るＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成は化学量論的には［Ｈ2］
／［ＣＯ］＝０.５となる。（４）式に示したようにＨ
2 ，ＣＯ混合ガスからメタノールを製造するのに適して
いるＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成は［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝
２であり、この値は石炭をガス化して得られるＨ2 ，Ｃ
Ｏ混合ガスの［Ｈ2 ］／［ＣＯ］比よりも大きい。した
がって、メタノールを製造するためには石炭から生成し
たＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成を変換しなければならな
い。このためには（５）式で示したシフト反応が用いら
れる。ここではＨ2Ｏを投入してＣＯの一部をＨ2 に変
換する。Ｈ2Ｏを投入する場合、系内の温度低下が避け
られず、石炭ガス化時の排熱を有効利用するためには不
利となる。また、石炭ガス化時の排熱は電力などとして
回収することは可能であるが、メタノールとして回収す
ることは不可能である。石炭ガス化時のこの排熱を原理
的に石炭の持つエネルギーの約２０％以下にすることは
不可能であり、また、Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスからメタノー
ルを製造する際の排熱もＨ2 ，ＣＯ混合ガスの持つエネ
ルギーの約１５％以下にすることは原理的に不可能であ
る。以上の理由から、石炭の持つエネルギーのうち、メ
タノールへ変換される割合、すなわち変換効率は約６５
％程度であり、原理的にもこれ以上の著しい改善は見込
まれない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の天然ガスあるい
は石炭を原料とするメタノール製造方法では、原料から
のメタノールへの変換効率を上げるための最大限の改良
を施しても原理的に著しい向上は不可能であった。これ
はメタノール合成に適したＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成が
［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２であるのに対し、天然ガスから
生成したＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成は［Ｈ2 ］／［Ｃ
Ｏ］＝３、石炭から生成したＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成
は［Ｈ2］／［ＣＯ］＝０.５であること、また、石炭を
原料とする場合には排熱を原理的に２割以下に低減する
ことが不可能であるが、この排熱をメタノールとしては
回収できないことによる。本発明が解決しようとする課
題はＨ2 ，ＣＯ混合ガスの製造において［Ｈ2］／［Ｃ
Ｏ］比を０.５から３の間の任意の値とする方法を提供
することである。また、この製造方法を用いた新たなメ
タノール製造方法を提供し、上記した従来技術の限界を
打破し、従来のメタノール製造方法よりも著しく高効率
かつ低コストのメタノール製造方法を提供することであ
る。また、新たなメタノール製造方法を用い、メタノー
ルと電力を並産し、Ｈ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置への負
荷を一定に保ったまま、電力需要の変動に対応すること
ができる統合型エネルギーシステムを提供することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では水素分の多い
天然ガスと炭素分の多い石炭の両方を原料とし、この天
然ガスと石炭の供給割合を制御することでメタノール合
成に適した組成のＨ2,ＣＯ混合ガスを製造することにし
た。また、石炭と酸素，天然ガスと水蒸気を同一の反応
炉で反応させることで、熱交換器を不要とし、熱効率を
高めた。以下にこのシステムの運転条件を決定するため
の理論的背景を詳細に示す。
【００１４】石炭，天然ガス，酸素及び水蒸気を同時に
反応炉に投入した場合、天然ガス，酸素，水蒸気が気体
であるのに対し、石炭のみが固体であるため、石炭の反
応が進行しない。また、天然ガスに対する酸素及び水蒸
気の反応性を比較すると、天然ガスと酸素の反応性の方
が高い。従って天然ガスが水蒸気と反応して一酸化炭素
となる（７）式で示す水蒸気改質反応が起こる前に天然
ガスと酸素が結び付く（８）式で示す燃焼反応が進行す
る。
【００１５】
【化７】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ …（７）
【００１６】
【化８】 ＣＨ4＋２Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 …（８） （８）式の反応が起こった場合、生成したＨ2Ｏ 及びＣ
Ｏ2 をＨ2 およびＣＯに還元しなければならない。この
ために、（９）式，（１０）式で示す反応、すなわちＨ
2Ｏ 及びＣＯ2 と石炭から揮発分が抜けたあとのチャー
（炭素分）との反応を用いることが考えられる。
【００１７】
【化９】 Ｃ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ …（９）
【００１８】
【化１０】 Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ …（１０） しかし、チャーは通常石炭の揮発分に含まれるＣＯ2 、
揮発分のＨ2 及びＣＯが酸化されて生じたＨ2Ｏ 及びＣ
Ｏ2 を還元するために利用され、この目的のためだけで
消費され尽くしてしまうので、（８）式で発生したＨ2
Ｏ 及びＣＯ2 を還元することには利用できない。以上
の理由から石炭と天然ガスを同一の反応炉内で反応させ
る場合、天然ガスが（８）式で示す燃焼反応を起こさ
ず、（７）式で示した水蒸気改質反応のみが進行するよ
うに反応炉の設計，適切な運転条件の設定が必要とな
る。
【００１９】まず、石炭の反応について示す。石炭の組
成は例えば太平洋炭の場合は表１に示す通りである。
【００２０】
【表１】
【００２１】石炭と酸素との反応は図４に示すようにモ
デル化できる。ここでは反応条件等を詳細に示すため
に、石炭の分子式をＣａＨｂＯｃＮｄＳｅとし、また、
工業分析に従って石炭を水分，揮発分，固定炭素，灰分
にわけて考える。石炭を加熱すると水分が蒸発し、熱分
解により揮発分と炭素を主成分とするチャーに分離され
る。工業分析は大気圧下で実施されるが、ここでは加圧
状態での反応となるため、反応炉内の圧力をＰｔ［atm
］とすると石炭の熱分解で発生する揮発分量Ｖ［重量
％：wet％ ］は工業分析値で用いられる大気圧での値Ｖ
１atm［wet％］から
【００２２】
【数１】 Ｖ＝Ｖ１atm・（１−０.０６６・ｌｎ Ｐｔ） …（１） と計算することができる。ここで、本発明では反応炉内
の圧力を３０［atm ］とする。揮発分は酸素と反応して
ＣＯ2 とＨ2Ｏ を生成する。この反応は（１１）式で表
すことができる。
【００２３】
【化１１】 ＣａＨｂＯｃＮｄＳｅ＋αＯ2→ｆＣ（Ｃｈａｒ） ＋（ｂ−２ｅ）／２ Ｈ2Ｏ＋ｅ Ｈ2Ｓ＋ｄ／２ Ｎ2 ＋（２（ａ−ｆ）−ｃ−２α＋（ｂ−２ｅ）／２）ＣＯ ＋（ｃ＋２α−（ｂ−２ｅ）／２−（ａ−ｆ））ＣＯ2 …（１１） なお、本発明では天然ガスと水蒸気を供給して天然ガス
の水蒸気改質も同一反応炉内で進めるが、この反応は吸
熱反応であり、天然ガスの供給量が多い場合には、上記
（１１）式で示した反応で発生する熱だけでは不足する
ことがある。その際は酸素供給量を増やし、一酸化炭素
の一部を（１２）式で示すように燃焼させ、不足する熱
を補う。
【００２４】
【化１２】 ２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（１２） 以上で示した部分の反応は瞬間的に進行すると考えてよ
いが、ここで残ったチャーは固体分であり、（１３），
（１４）式に示す揮発分の燃焼で生じたＨ2Ｏ,
【００２５】
【化１３】 Ｃ（Char）＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ …（１３）
【００２６】
【化１４】 Ｃ（Char）＋ＣＯ2→２ＣＯ …（１４） ＣＯ2 との反応でガス化するが、この反応は瞬間的に進
行するとは考えられず、反応炉内で十分な滞留時間を取
れなかった場合はチャーの一部はガス化されずに残って
しまう。従って反応炉の設計にあたってはチャーの中の
炭素のガス化率と反応時間の関係を把握しておかなけれ
ばならない。このチャーの中の炭素転換率Ｘchar［−］
と反応時間θ［ｓ］の関係は以下のようにモデル化する
ことができる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
【数３】
【００２９】
【数４】
【００３０】（数２〜４で用いる記号） ｐＣＯ2：ＣＯ2 の分圧 ｐＨ2Ｏ：Ｈ2Ｏ の分圧 ρChar ：チャーの密度 Ｄｐ ：チャーの粒子径 ｋreact：（１３），（１４）に示す反応の反応速度定
数 ｋGas ：拡散係数 この関係式から、投入する酸素／石炭の質量比を０.８
以上とした時、石炭のガス化する割合を０.９ 以上とす
るためには、石炭と酸素の反応炉内での滞留時間を数秒
必要とすることがわかる。このような条件下で石炭のガ
ス化によって発生する気体の割合と投入する酸素／石炭
比の関係を図５に示す。
【００３１】以上述べたように上記（１１），（１
２），（１３），（１４）式の反応が十分進行した状態
で天然ガス及び水蒸気を投入するため、（１５）式で示
す天然ガスの燃焼は起こらない。
【００３２】
【化１５】
【００３３】従って反応炉上部においては（１６）式で
示した天然ガスの水蒸気改質反応と（１７）式に示した
シフト反応の平衡を考えれば良い。
【００３４】
【化１６】
【００３５】
【化１７】
【００３６】反応炉上部での各気体の分圧量を水素ｐ
［atm ］，二酸化炭素ｑ［atm ］，水蒸気ｒ［atm ］，
一酸化炭素ｓ［atm ］，メタンｔ［atm ］、（１６）式
で示したメタンの水蒸気改質反応の平衡定数をＫ１、
（１７）式で示したシフト反応の平衡定数をＫ２とする
と（５）及び（６）式が成立する。
【００３７】
【数５】
【００３８】
【数６】
【００３９】ここで各温度における平衡定数は表２に示
すとおりである。なお、この値は
【００４０】
【数７】 Σνi・Ａi＝０ …（７） Ａi ：成分ｉの化学式 νi ：成分ｉの化学量論係数［−］（原料系では負、生
成系では正と定義する） で示される化学反応の平衡定数が熱力学の理論によれば
以下に示す(８)〜(１１)式を用いて計算できることを用
いている。
【００４１】
【表２】
【００４２】
【数８】
【００４３】
【数９】
【００４４】
【数１０】
【００４５】
【数１１】
【００４６】以上に示した式をもとに、酸素／石炭比と
出口での気体濃度の関係を図６に示す。この図は［天然
ガスの質量］／［石炭の質量］を１［水蒸気の質量］／
［天然ガスの質量］を２とした場合のものである。
【００４７】この場合の石炭，天然ガス，酸素及び水蒸
気を同一反応炉内で反応させ、［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２
のＨ2 ，ＣＯ混合ガスを生成し、メタノールを合成する
ための条件をまとめて図７に示す。まず投入する酸素／
石炭の質量比を１.２kgとする。これらの反応により温
度１５００℃の［Ｈ2］＝２０％，［Ｈ2Ｏ］＝１５％，
［ＣＯ］＝４３％，［ＣＯ2 ］＝２１％の組成の反応ガ
スが得られる。この反応ガスに天然ガス１と水蒸気を添
加すると温度１０００℃の［ＣＯ］＝２４％，［Ｃ
Ｏ2 ］＝６％，［Ｈ2 ］＝４８％，［Ｈ2Ｏ ］＝１９％
の組成の反応ガスが得られる。このガス組成はメタノー
ル合成に適した組成となっている。ここで、反応炉後流
で排熱を回収するためには水蒸気投入量は少ない方が良
い。［水蒸気の質量］／［天然ガスの質量］＝１.５ と
する場合には［天然ガスの質量］／［石炭の質量］＝
１.３ ，［酸素の質量］／［石炭の質量］＝１.６ とす
ることで［Ｈ2］／［ＣＯ］＝２ となる組成の混合ガス
を得ることができる。
【００４８】なお、Ｈ2 ，ＣＯ混合ガスの組成を
［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２以外とするためには天然ガス／
石炭の質量比、及び酸素／石炭の質量比を図８の範囲と
し、水蒸気量を調整すればよい。
【００４９】本発明ではさらにＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造
装置の後流にメタノール製造装置と並列して発電装置を
設けた。このシステムではＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置
の稼働率は一定に保ち、電力需要の変動に応じてＨ2 ，
ＣＯ混合ガスのメタノール製造装置と発電装置への供給
割合を変動させた。また、システムの稼働状況、すなわ
ち発電装置とメタノール製造装置の運転比率に応じて最
も経済的な石炭，天然ガス，酸素，水蒸気の供給量を求
め、この値に制御した。この運転方法は基本的には次に
示すような方法である。すなわちメタノール製造のみを
行う場合には生成ガス組成を［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２と
なるように制御してメタノールを製造する。メタノール
製造と発電を同時に行う場合、メタノール合成装置で発
生する未反応ガスはメタノール合成装置に戻さず、発電
装置に供給して発電の燃料とする。電力のみを生産する
場合には天然ガスの供給を停止し、石炭，酸化剤から生
成するガスを用いて発電する。
【００５０】
【作用】本発明ではシフト反応を行うことなく生成する
メタノールを合成するためのＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成
を制御することが可能であり、エネルギーの有効利用が
可能となる。また、石炭と天然ガスを一つの反応炉で処
理する場合には、天然ガスの改質のための熱供給に熱交
換器が不要となると同時に、高いエネルギー利用効率を
保ったままで、機器数を低減することによる低コスト化
が実現できる。本発明を用いてＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組
成を［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２としたガスを用いてメタノ
ールを製造することにより、従来のメタノール製造の原
理的な限界を絶対値で１０〜１５％高効率化することが
可能である。
【００５１】さらにメタノール合成装置と並列して発電
装置を設けたシステムでは電力需要の変動に対応しなが
ら、かつ石炭ガス化への負荷を一定に保つことができ
る。また、システムの稼働状況、すなわち発電装置とメ
タノール製造装置の運転比率に応じて最も経済的な石
炭，天然ガス，酸素，水蒸気の供給量を求め、この値に
制御する。
【００５２】本発明による石炭及び天然ガスによる高効
率メタノール製造システムはエネルギーを長距離海上輸
送する場合にさらに大きなエネルギー節約作用を発揮す
る。すなわち、固体である石炭の輸送，液化する必要の
ある天然ガスの輸送に比べ、これらをメタノールに変換
した場合、取り扱いが容易であり、また既存の原油輸送
で実用化しているタンカーによる大量輸送が可能であ
る。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）図１は本発明を用いた統合型エネルギーシ
ステムを示している。このシステムは大きく原料供給部
１００，Ｈ2 ，ＣＯ混合ガス製造部２００，ガス分配装
置５００，メタノール製造部３００，発電部４００から
構成され、原料供給部100から供給される石炭１０，天
然ガス２０、及び酸素１１，水蒸気２２からＨ2 ，ＣＯ
混合ガス製造部２００においてＨ2 ，ＣＯ混合ガスを製
造し、このガスをガス分配装置５００でメタノール製造
部３００と発電部４００に分配し、メタノール及び電力
を供給するシステムである。
【００５４】次に各部の詳細な構造を示す。原料供給部
は石炭供給部，酸素供給部，天然ガス供給部，水蒸気供
給部から構成される。
【００５５】石炭供給部はホッパー１１０及び石炭供給
制御バルブ１１１で構成される。ホッパーは１００メッ
シュアンダー９０％に粉砕し、粗粘物を除去した石炭を
貯蔵すると同時に、酸素製造装置１３０からの副産物で
ある窒素１２によって加圧するための装置である。石炭
供給制御バルブ１１１はシステムの稼働状況に応じて原
料となる石炭の供給量を制御するためのバルブである。
【００５６】酸素供給部は酸素製造装置１３０及び酸素
供給制御バルブ１３１で構成される。酸素製造装置１３
０は空気をコンプレッサーで加圧して空気中の酸素と主
成分である窒素を分留する装置である。酸素供給制御バ
ルブ１３１はシステムの稼働状況に応じて酸化剤である
酸素の供給量を制御するためのバルブである。
【００５７】天然ガス供給部は天然ガス貯蔵タンク１２
０及び天然ガス供給制御バルブ121から構成される。天
然ガスは基本的にはパイプラインから供給されるものを
そのまま利用するが、天然ガス貯蔵タンクはパイプライ
ンによる天然ガスの供給量が不安定な場合においてもメ
タノール製造装置を一定の負荷で稼働させるための予備
の天然ガスを貯蔵するための設備である。天然ガス供給
制御バルブ１２１はシステムの稼働状況に応じて天然ガ
スの供給量を制御するためのバルブである。
【００５８】水蒸気供給部は冷却水貯蔵タンク１４０，
水蒸気供給制御バルブ１４１から構成される。冷却水貯
蔵タンク１４０に蓄えられている液体の冷却水２１はま
ず、反応炉２１０の熱回収部２１３に供給して加熱し、
高温の水蒸気２２とする。この水蒸気２２はシステムの
稼働状況に応じて水蒸気供給制御バルブ１４１によって
一部を、反応炉２１０に供給する。
【００５９】Ｈ2 ，ＣＯ混合ガス製造部２００は反応炉
２１０，脱塵装置２４０，脱硫装置２５０から構成され
る。
【００６０】反応炉２１０は石炭１０及び酸素１１を供
給するための下段バーナ２１１，天然ガス２０及び水蒸
気２２を供給するための上段バーナ２１２，反応ガスを
冷却するための熱回収部２１３，石炭灰分が溶融して生
じるスラグを補集するためのスラグ水冷槽２２１を備え
ている。固化したスラグ３１は系外に排出される。
【００６１】脱塵装置２４０は反応ガス中の固体微粒子
を捕集するための装置であり、具体的にはサイクロンあ
るいはセラミックスフィルターが利用できる。
【００６２】脱硫装置２５０は反応ガス中のＨ2Ｓ を除
去するための装置であり、例えばセレクソール法と呼ば
れる方法が利用できる。この方法ではＨ2Ｓ を一旦有機
溶媒に吸収し、溶媒中のＨ2Ｓ 濃度が高くなった時点で
Ｈ2Ｓ を抽出し、この濃縮されたＨ2Ｓ ガスを酸化して
ＳＯ2 とし、従来の石炭火力発電所などで用いられてい
る方法、すなわち炭酸カルシウムのスラリーと反応させ
て石膏として固定する方法を用いて脱硫する。この他に
も炭酸カルシウムあるいは酸化亜鉛などの微粉粒子によ
ってＨ2Ｓ を直接固定する乾式脱硫法も用いられる。
【００６３】メタノール製造部３００はメタノール合成
装置３１０，メタノール蒸留部、及び熱交換器から構成
される。メタノール合成装置３１０はＨ2 ，ＣＯ混合ガ
ス４０からメタノールを合成する装置であり、触媒とし
て例えばＺｎＯ系触媒が利用できる。反応条件は約３０
０℃，１００atm 程度である。ここで、Ｈ2 とＣＯから
メタノールが生成する反応は発熱反応であり、システム
全体での熱効率を向上するためにこの反応熱を後流で回
収し、利用する。そのために熱交換器３４０，３５０，
３６０を用いる。メタノール蒸留部は第一蒸留塔３２０
及び第二蒸留塔３３０から構成され、粗メタノール５０
から不純物を取り除き、精製メタノール５１を得るため
の装置であり、この蒸留に必要なエネルギーは熱交換器
３５０で回収したメタノール合成時の排熱を利用する。
【００６４】発電部４００はガスタービン４１０，排熱
回収ボイラ４２０，蒸気タービン４３０から構成され、
コンバインドサイクル発電を行う。
【００６５】ガスタービン４１０はＨ2 ，ＣＯ混合ガス
をコンプレッサーで加圧された空気６０で燃焼し、この
燃焼ガスでタービンを駆動し発電する。排熱回収ボイラ
420はガスタービン４１０の燃焼排ガス６５から熱エネ
ルギーを水蒸気６７の形態で回収する装置である。この
排熱回収ボイラ４２０から得られた水蒸気６７によって
蒸気タービン４３０を駆動し、発電する。
【００６６】次に、本実施例で示すシステムの運転条件
を示す。運転条件は、石炭と天然ガスが同一の反応炉内
で反応できるように決定しなければならない。石炭，天
然ガス，酸素，水蒸気を混合して一度に反応炉に投入す
ると、天然ガス，酸素，水蒸気が気体であるのに対し、
石炭のみが固体であるため、石炭の反応が進行しない。
また、天然ガスと水の反応性と天然ガスと酸素の反応性
を比較すると、天然ガスと酸素の反応性の方が高い。す
なわち天然ガスが水蒸気と反応して一酸化炭素となる
（１８）式で示す水蒸気改質反応が起こる前に天然ガス
と酸素が結び付く（１９）式で示す燃焼反応が進行す
る。
【００６７】
【化１８】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ …（１８）
【００６８】
【化１９】 ＣＨ4＋２Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 …（１９） このため、石炭と天然ガスを同一の反応炉内で反応させ
る場合、天然ガスが（１９）式で示す燃焼反応を起こさ
ず、（１８）式で示した水蒸気改質反応のみが進行する
ように制御する必要がある。
【００６９】そこで本発明では石炭及び酸素をガス化炉
下部から投入し、天然ガス及び水蒸気をガス化炉上部か
ら投入した。ここで、ガス化炉下部から投入した石炭及
び酸素は上部から投入する天然ガス及び水蒸気と接触す
る前に十分反応するように、すなわち石炭中に含まれる
炭素分が気体となる割合で表現すればこの値が０.９以
上となるようにガス化炉形状，原料投入方法，投入する
石炭と酸素の割合を工夫した。具体的なガス化炉の構
成，機能は実施例２及び実施例３で詳細に示す。更に、
石炭及び天然ガスが反応炉内で旋回流を形成するように
するために、上段バーナ及び下段バーナを反応炉の内壁
面に対して接線方向に配置した。以上で示した方法に基
づいて［Ｈ2］／［ＣＯ］＝２であるＨ2，ＣＯ混合ガス
を製造し、このガスを用いてメタノールを製造した。本
発明を用い、原料として石炭（太平洋炭)１００ｔ／
ｄ，酸素１２０ｔ／ｄ，天然ガス１００ｔ／ｄ,水蒸気
２００ｔ／ｄを投入してメタノールを製造した場合、メ
タノールは２６０ｔ／ｄ製造され、原料の持つエネルギ
ーのメタノールへの変換割合は約８０％となり、従来の
メタノール製造に比べて絶対値で１０〜１５％の著しい
高効率化が可能である。
【００７０】最後にこのシステムの運転例を示す。石炭
１０はホッパー１１０から石炭供給制御バルブ１１１を
通して、酸素１１は酸素製造装置１３０で製造し、酸素
供給制御バルブ１３１を通してＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造
部２００の反応炉２１０の下段バーナ２１１から供給す
る。なお、酸素製造装置１３０では空気の分留によって
加圧状態の窒素１２も得られるのでこの窒素１２を用い
て微粉の石炭１０を加圧する。原料供給部１００の天然
ガス貯蔵タンク１２０に貯蔵している天然ガス２０、及
び反応炉２１０の熱を熱回収部２１３で回収して加熱し
た水蒸気２２は天然ガス供給制御バルブ１２１，水蒸気
供給制御バルブ１４１を通してＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造
部２００の反応炉２１０へ上段バーナ２１２から供給す
る。ここで反応炉２１０としては、下段バーナ２１１と
上段バーナ２１２の距離を開けることによって石炭と酸
素の反応ガスが天然ガス及び水蒸気と接触するまでの滞
留時間を確保する実施例２で示したものを用いている
が、実施例３に示した反応炉２１２の中間部に絞り部を
持つ反応炉も使用可能である。反応炉内において石炭か
ら溶融するスラグはスラグタップにおいて回収する。こ
の反応炉の排熱は熱回収部２１３において水蒸気２２と
して回収する。反応炉２１０からの反応ガス３０は脱塵
装置２４０において煤塵を除去し、脱硫装置２５０にお
いてＨ2Ｓ を除去する。この清浄されたＨ2 ，ＣＯ混合
ガス４０はガス分配装置５００によってメタノール製造
部３００と発電部４００に分配する。
【００７１】メタノール製造部３００ではＨ2 ，ＣＯ混
合ガス４０からメタノール合成装置３１０によって粗メ
タノール５０を製造する。この粗メタノール５０は第一
蒸留塔３２０、第二蒸留塔３３０によって蒸留し、精製
メタノール５１とする。メタノール製造部においては第
一蒸留塔３２０で分離された未反応ガス５２を熱交換器
３４０を用いて昇温してメタノール合成装置３１０に戻
す。発電も平行して行っている場合は発電部４００に供
給する。また、熱交換器３５０を用いてメタノール合成
時の排熱を回収し、熱交換器３６０を用いて第二蒸留塔
３３０で利用する。
【００７２】発電部４００では空気６０を加圧して
Ｈ2 ，ＣＯ混合ガス４０を燃焼しガスタービン４１０を
駆動し発電する。ガスタービン４１０の排熱６５は排熱
回収ボイラ４２０によって蒸気６７として回収し、この
蒸気６７を用いて蒸気タービン４３０を駆動し発電を行
う。
【００７３】次に本システムへの原料供給の方法を示
す。メタノールのみを生産する場合には石炭１０，酸素
１１などの酸化剤，天然ガス２０及び水蒸気２２を用い
てＨ2,ＣＯ混合ガス製造部２００においてメタノール製
造に適した［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２のＨ2 ，ＣＯ混合ガ
スを製造し、この生成ガスをガス分配装置５００ですべ
てメタノール製造部３００に供給し、精製メタノール５
１を得る。発電のみを行う場合には天然ガス２０の供給
は停止し、天然ガスに比べて燃料単価の低い石炭１０，
酸素１１及び水蒸気２２を利用してＨ2 ，ＣＯ混合ガス
製造部２００を稼働し、生成したＨ2 ，ＣＯ混合ガス４
０をガス分配装置５００で発電部４００に供給して電力
を得る。上段バーナ２１２を天然ガスと石炭の切り替え
供給ができるようにすることによって、この場合の石炭
供給量を増やすことができる。メタノールと電力の両方
を生産する場合、発電単価を低減するために前記メタノ
ールのみを生産する場合に比べて石炭１０に対する天然
ガス２０の割合を減らす。この場合、Ｈ2 ，ＣＯ混合ガ
スの組成が［Ｈ2 ］／［ＣＯ］＝２以下となるため、メ
タノール合成時に未反応のＣＯガス５２が発生するが、
この未反応のＣＯガス５２は第一蒸留塔３２０において
分離し、熱交換器３４０で加熱した後、発電部４００に
導き発電に利用することにより、システム全体でのエネ
ルギー利用効率は低下しない。以上をまとめて、メタノ
ール製造装置と発電装置の稼働割合と原料供給量（天然
ガス／石炭，酸素／石炭）の関係を図９に示す。
【００７４】（実施例２）図２に本発明の天然ガスと石
炭を原料とするＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置の反応炉２
１０の一実施例を示す。まず反応炉２１０の構成を示
す。反応炉全体はベッセル２１７に囲まれた耐火材２１
６により構成され、反応炉は炉上部２１８，炉内部２１
９，炉下部２１５により構成される。炉内上部には上段
バーナ２１２が、炉内下部には下段バーナ２１１が設置
される。反応炉２１０の下部にはスラグタップ２２０が
設けられ、その下部にスラグ水冷槽２２１を設置する。
また、炉内から炉上部への出口には絞り部２２２を設け
る。上段バーナ２１２及び下段バーナ２１１は、炉内壁
面に対して接線方向に配置し、旋回流が形成されるよう
にした。尚、上段バーナ及び下段バーナは、通常、反応
炉の周囲に複数個設置される。又、図では上段バーナ及
び下段バーナは、各一段のみ設置されているにすぎない
が、複数段設けてもよい。
【００７５】下段バーナより炉内部に投入された石炭と
酸化剤は旋回流を形成し、これによって反応が促進され
る。同様に上段バーナから炉内部に投入された天然ガス
と水蒸気も旋回流を形成し反応が促進される。
【００７６】次に本実施例の機能について説明する。石
炭１０および酸素１１などの酸化剤は下段バーナ２１１
より供給し、天然ガス２０及び水蒸気２２は上段バーナ
212より供給する。反応ガスは炉内部２１９から炉上部
２１８へ移動し、石炭灰分が溶融したスラグは炉内部２
１９から炉下部２１５へ移動する。ここで、上段バーナ
２１２と下段バーナ２１１は、下段バーナ２１１から供
給した石炭１０と酸素１１が十分反応した状態で、上段
バーナ２１２から供給する天然ガス２０及び水蒸気２２
と接触するのに必要十分な間隔をとって設置している。
従って反応炉内下部には石炭１０のガス化反応が主に進
行する下段反応領域２２３が形成され、反応炉内上部に
は天然ガスの水蒸気改質反応が主に進行する上段反応領
域２２４が形成される。また、下段バーナ２１１から供
給する酸素／石炭の質量比は石炭のみを投入してガス化
を行う場合よりも高くし、上段バーナ２１２から供給さ
れる天然ガス２０を水蒸気改質するのに十分な熱量を確
保する。本実施例で示す反応炉２１０では、下段反応領
域２２３において石炭ガス化反応によって発生した熱エ
ネルギーを、熱交換器を利用することなく上段反応領域
２３４における天然ガスの水蒸気改質反応に利用するこ
とができる。
【００７７】反応炉２１０の下部に設けられたスラグタ
ップ２２０は石炭の灰分が溶融して生じるスラグ３１
を、その下部に設置されたスラグ水冷槽２２１へ導き、
炉内から排出する。スラグ水冷槽２２１では炉内から抽
出されたスラグ３１を水冷して固体とする。
【００７８】反応炉内上部から反応炉上部への出口に設
けられた絞り部２２２は炉内部219からの未燃チャーの
流出を抑制する。未燃チャーの流出を抑制して炉内部２
１９へ戻すことによって、石炭ガス化率の低下を防止す
るものである。また、反応炉２１０から後流へ流出する
固体分を低減することになるため、後流に設置する脱塵
装置２４０の容量を小さくすることが可能となる。特に
脱塵装置２４０としてセラミックスフィルターを用いる
場合、セラミックスフィルターの目詰まりを防止するこ
とにつながり、セラミックスフィルターの耐用年数を延
ばすことが可能となるため、コストを著しく低減する効
果がある。
【００７９】（実施例３）図１１に本発明の天然ガスと
石炭を原料とするＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置の反応炉
２１０の一実施例を示す。まず反応炉２１０の構成を示
す。反応炉全体はベッセル２１７に囲まれた耐火材２１
６により構成され、反応炉は炉上部２１８，炉内部２１
９，炉下部２１５により構成される。炉内上部には上段
バーナ212が、炉内下部には下段バーナ２１１が設置さ
れる。また、下段バーナ２１１と上段バーナ２１２の間
に酸素を供給するための酸素供給バーナ２１３が設置さ
れる。反応炉２１０の下部にはスラグタップ２２０が設
けられ、その下部にスラグ水冷槽２１１を設置する。ま
た、炉内から炉上部への出口には絞り部２２２を設け
る。上段バーナ２１２，下段バーナ２１１及び酸素供給
バーナ２１３は、炉内壁面に対して接線方向に配置し、
旋回流が形成されるようにした。特に酸素供給バーナの
向きは形成される旋回流が反応炉下段に向かうよう調整
した。尚、上段バーナ，下段バーナ，酸素供給バーナは
各一段のみ設置されているにすぎないが、複数個設けて
もよい。
【００８０】次に本実施例の機能について説明する。下
段バーナ２１１から供給された石炭１０および酸素など
の酸化剤１１は旋回流を形成するため、石炭と酸化剤の
反応が促進される。同様に上段バーナ２１２から供給さ
れた天然ガス２０及び水蒸気２２は旋回流を形成するた
め、天然ガスと水蒸気の反応が促進される。ここで反応
炉に酸素／石炭の質量比が１を超える量の酸素を供給す
ると下段バーナによって生じた旋回流が弱い場合、下段
バーナ周辺が石炭の燃焼反応によって局所的に高温にな
る。そこで、酸素／石炭の質量比が１を超える量の酸素
の投入は酸素供給バーナ２１３を用い、燃焼反応の起こ
りやすい領域を下段バーナ周辺と酸素供給バーナ周辺に
分割する。この場合、反応炉内の一部が局所的に高温に
なることがなく、反応炉を構成する金属への負担が軽減
できる。なお、酸素供給バーナから供給される酸素は下
段バーナの方向へ向かう旋回流を形成しているため、上
段バーナから供給する天然ガスとはほとんど反応せず、
天然ガスと水蒸気の反応を妨げることはない。その他の
機能は実施例２に示した反応炉と同様である。
【００８１】（実施例４）図３は本発明の天然ガスと石
炭を原料とするＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置の反応炉２
１０の一実施例を示す。まず反応炉２１０の構成を示
す。反応炉全体はベッセル２１７に囲まれた耐火材２１
６により構成され、反応炉は炉中央絞り部２３０によっ
て区切られる石炭ガス化室２３１，天然ガス改質室２３
２により構成される。石炭ガス化室２３１，天然ガス改
質室２３２のそれぞれに、原料供給用の下段バーナ２１
１，上段バーナ２１２が炉内面に対し接線方向に設置さ
れる。反応炉の下部にはスラグタップ２２０が設けら
れ、その下部にスラグ水冷槽２２１を設置する。また、
反応炉出口には絞り部２２２を設ける。下段バーナによ
り炉内部に投入された石炭と酸化剤は、炉中央絞り部２
３０があるので炉内壁に沿って旋回流を形成しつつ下降
し、スラグタップ部分で反転して上向きの流れになる。
これにより石炭と酸化剤の滞留時間が確保されガス化反
応が進む。同様に上段バーナにより炉内に投入された天
然ガスと水蒸気も絞り部２２２があるので旋回流を形成
しつつ下降する。そして炉中央絞り部で反転して上向き
の直進流になる。
【００８２】次に本実施例の機能について説明する。石
炭１０および酸素１１などの酸化剤は石炭ガス化室２３
１に設置された下段バーナ２１１より供給し、天然ガス
２０及び水蒸気２２は天然ガス改質室２３２に設置され
た上段バーナ２１２より供給する。ここで、反応炉２１
０の大きさを小さくしようとした場合、石炭１０と酸素
１１を十分反応した状態で天然ガス２０及び水蒸気２２
と接触させるために十分なだけの間隔を下段バーナ２１
１と上段バーナ２１２の間に取ることができなくなる。
そこで、本実施例では炉中央絞り部２３０を設け、反応
炉下部には石炭のガス化反応が主に進行する石炭ガス化
室２３１，反応炉上部には天然ガスの水蒸気改質反応が
主に進行する天然ガス改質室２３２を構成した。
【００８３】また、下段から供給する酸素／石炭の質量
比は石炭のみを投入してガス化を行う場合よりも高く
し、上段バーナから供給される天然ガスを水蒸気改質す
るのに十分な熱量を確保する。本実施例で示す反応炉に
おいても、実施例３で示した方法と同様に下段反応領域
２２３において石炭ガス化反応によって発生した熱エネ
ルギーを、熱交換器を利用することなく上段反応領域２
２４において進行する天然ガスの水蒸気改質反応に利用
することができる。
【００８４】反応炉の下部に設けられたスラグタップ２
２０及びその下部に設置されたスラグ水冷槽２２１，反
応炉出口に設けた絞り部２２２の機能は実施例３に示し
た機能と同じである。
【００８５】（実施例５）図１０は本発明の天然ガスと
石炭を原料とするメタノール製造装置の一実施例を示す
図である。このメタノール製造装置は石炭ガス化炉２８
０，脱塵装置240,脱硫装置２５０，天然ガス改質装置２
６０，メタノール合成装置３１０をこの順に直列に配列
した構成からなる。
【００８６】石炭ガス化炉２８０には石炭供給部，酸素
供給部から原料が供給される。石炭供給部はホッパー１
１０及び石炭供給制御バルブ１１１で構成される。ホッ
パー１１０は１００メッシュアンダー９０％に粉砕し、
粗粘物を除去した石炭を貯蔵すると同時に、酸素製造装
置１３０からの副産物である窒素１２によって加圧する
ための装置であり、石炭供給制御バルブ１１１はシステ
ムの稼働状況に応じて原料となる石炭１０の供給量を制
御する。
【００８７】酸素供給部は酸素製造装置１３０及び酸素
供給調整バルブ１３１で構成される。酸素製造装置１３
０は空気をコンプレッサーで加圧して空気中の主成分で
ある酸素と窒素を分留する装置である。酸素供給制御バ
ルブ１３１はシステムの稼働状況に応じて酸化剤である
酸素１１の供給量を制御する。
【００８８】石炭ガス化炉２８０は石炭１０及び酸素１
１，水蒸気２２などの酸化剤を供給するための下段バー
ナ２１１及び上段バーナ２１２，反応ガスを冷却するた
めの熱回収部２１３，石炭灰分が溶融して生じるスラグ
３１を捕集するためのスラグ冷却槽２２１を備えてい
る。
【００８９】脱塵装置２４０は石炭ガス化炉２８０から
供給されるガスの温度を後流に設置する天然ガス改質装
置２６０で天然ガスの水蒸気改質を進めるために必要と
なる温度である９００℃よりも低下させないようにする
ため、乾式の脱塵方法を用いる。具体的にはサイクロン
あるいはセラミックスフィルターが利用できる。
【００９０】脱硫装置２５０は脱塵装置と同様に温度低
下させないために、乾式の脱硫方法を用いる。乾式の脱
硫法は炭酸カルシウムあるいは酸化亜鉛の微粉粒子によ
って直接Ｈ2Ｓ を固定する方法である。
【００９１】以下に設置するメタノール製造部３００に
ついては従来のものと同様である。次に本実施例の機能
を示す。天然ガス２０の水蒸気改質は触媒を用いない場
合、１５００℃の高温が必要である。実施例１で示した
方法ではこの高温は石炭ガス化炉２８０において酸素／
石炭比を上げて運転することによって得ることになる
が、この場合、石炭の種類によってはこの温度が最適な
ガス化温度より高いことがある。本実施例では天然ガス
改質装置に触媒を用いているため、天然ガスの改質反応
は約９００℃で進行する。したがって石炭ガス化装置に
おいて１０００℃程度の温度が得られれば良く、この場
合、石炭と天然ガスそれぞれに反応炉を用意するのでコ
ストは高くなるが、石炭の性状に合わせた高効率化が可
能となる。また、実施例１とは異なって、同一反応炉内
で石炭と天然ガスを反応させていないが、石炭ガス化炉
２８０と天然ガス改質装置２６０を直列に配置すること
によって熱交換器の利用は不要であり、実施例１と同様
に熱の有効利用が可能である。
【００９２】以上、本実施例においても原料からメタノ
ールへの変換割合は約８０％となるため、実施例１の場
合と同様に従来方法に比べて絶対値で１０〜１５％、変
換効率を向上する効果がある。
【００９３】実施例１から４において、Ｈ2 ，ＣＯ混合
ガスの原料の一つとして石炭の代わりに石炭と水のスラ
リーを用い、この石炭・水スラリー，天然ガス及び水蒸
気，酸素等の酸化剤を原料とすることもできる。石炭に
代えて石炭・水スラリーを用いることにより、取り扱い
が容易になる。
【００９４】
【発明の効果】本発明では石炭と天然ガスを原料としメ
タノールを製造するが、このため、これら原料からメタ
ノール製造の原料となるＨ2 ，ＣＯ混合ガスを製造する
際に、メタノール製造に適した組成、すなわち［Ｈ2 ］
／［ＣＯ］＝２なるＨ2 ，ＣＯ混合ガスを製造すること
が可能となる。また、石炭と天然ガスを一つの反応炉で
処理する場合には、天然ガスの改質のための熱供給に熱
交換器が不要となると同時に、高いエネルギー利用効率
を保ったままで、機器数を低減することによる低コスト
化が実現できる。したがって、石炭あるいは天然ガスの
みからメタノールを製造する場合よりもエネルギーの有
効利用が可能となる。本発明による原料からメタノール
への変換効率は約８０％で、従来のメタノール製造から
絶対値で１０〜１５％高効率化が可能である。
【００９５】さらにメタノール合成装置と並列して発電
装置を設けたシステムでは電力需要の変動に対応しなが
ら、石炭ガス化への負荷を一定に保つことができる。
【００９６】本発明による石炭及び天然ガスによる高効
率メタノール製造システムは、エネルギーを長距離海上
輸送する場合にさらに大きなエネルギー節約作用を発揮
する。すなわち、固体である石炭の輸送，液化する必要
のある天然ガスの輸送に比べ、これらをメタノールに変
換した場合、取り扱いが容易であり、また既存の原油輸
送で実用化しているタンカーによる大量輸送が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の天然ガスと石炭を原料とするＨ2 ，Ｃ
Ｏ混合ガス製造装置，メタノール製造装置及び発電設備
から構成される統合型エネルギーシステムの構成図。
【図２】石炭と天然ガスを原料とするＨ2 ，ＣＯ混合ガ
ス製造装置を実現するための反応炉の一実施例を示す断
面図。
【図３】石炭と天然ガスを原料とするＨ2 ，ＣＯ混合ガ
ス製造装置を実現するための反応炉の一実施例を示す断
面図。
【図４】石炭のガス化機構を示す説明図。
【図５】本発明のＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置への投入
酸素／石炭比と反応炉下段でのガス組成の関係を示すグ
ラフ。
【図６】本発明のＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置への投入
酸素／石炭比と反応炉上段でのガス組成の関係を示すグ
ラフ。
【図７】本発明を用いたメタノール製造装置において、
最適な運転条件をまとめた図。
【図８】本発明のＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置におけ
る、投入する原料の組成とＨ2 ，ＣＯ混合ガスの組成の
関係を示したグラフ。
【図９】本発明の天然ガスと石炭を原料とするメタノー
ル製造装置及び発電設備から構成される統合型エネルギ
ーシステムを効率的に運転するための方法を示すグラ
フ。
【図１０】本発明の天然ガスと石炭を原料とするＨ2 ，
ＣＯ混合ガス製造装置を用いたメタノール製造装置の構
成図。
【図１１】本発明のＨ2 ，ＣＯ混合ガス製造装置の他の
例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…石炭、１１…酸素、２０…天然ガス、２２…水蒸
気、４０…Ｈ2 ，ＣＯ混合ガス、３１…スラグ、５１…
精製メタノール、１００…原料供給部、１１０…ホッパ
ー、１２０…天然ガス貯蔵タンク、１３０…酸素製造装
置、１４０…冷却水貯蔵タンク、２００…Ｈ2 ，ＣＯ混
合ガス製造部、２１０…反応炉、２１１…下段バーナ、
２１２…上段バーナ、２１３…熱回収部、２２２…絞り
部、223…下段反応領域、２２４…上段反応領域、２３
０…炉中央絞り部、２３１…石炭ガス化室、２３２…天
然ガス改質室、２４０…脱塵装置、２５０…脱硫装置、
２６０…天然ガス改質装置、２８０…石炭ガス化炉、３
００…メタノール製造部、３１０…メタノール合成装
置、３２０…第一蒸留塔、３３０…第二蒸留塔、４００
…発電部、４１０…ガスタービン、４２０…排熱回収ボ
イラ、４３０…蒸気タービン、５００…ガス分配装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 俊太郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応炉内に石炭と酸素を反応させて石炭を
    ガス化して水素と一酸化炭素を生成する石炭ガス化反応
    部と、天然ガスと水蒸気とを反応させて水素と一酸化炭
    素を生成する反応部とからなる二つの反応部を形成し、
    石炭ガス化反応部で発生した熱によって天然ガスと水蒸
    気との反応を進ませるようにし、石炭と天然ガスの投入
    割合を調整することによって水素と一酸化炭素の生成比
    率を調整するようにしたことを特徴とする水素・一酸化
    炭素混合ガスの製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記反応
    炉内に供給された酸素を石炭との反応によって消費さ
    せ、天然ガスと酸素との反応が起こらないようにしたこ
    とを特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの製造方法。
  3. 【請求項３】一方から他方に向けて生成ガスが流れるよ
    うに構成された反応炉内の上流側で石炭と酸素を反応さ
    せて石炭をガス化して水素と一酸化炭素を生成し、下流
    側で天然ガスと水蒸気を反応させて水素と一酸化炭素を
    生成し、反応炉内の上流側の石炭ガス化反応域に石炭と
    酸素の投入部を設け、下流側の天然ガスと水蒸気との反
    応域に天然ガスと水蒸気の供給部を設け、石炭ガス化反
    応によって発生した熱で下流側の天然ガスと水蒸気との
    反応を進行させ、石炭と天然ガスの投入割合を調整する
    ことによって水素と一酸化炭素の生成比率を調整するよ
    うにしたことを特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの
    製造方法。
  4. 【請求項４】反応炉内の上流側に石炭と酸素を反応させ
    る石炭ガス化反応部を形成し、下流側に天然ガスと水蒸
    気とを反応させる反応部を形成し、石炭ガス化反応部で
    石炭と酸素を反応させて石炭をガス化率で０.９ 以上に
    なるまで反応させ、この石炭ガス化反応部で発生した熱
    によって下流側の天然ガスと水蒸気との反応を進ませ、
    反応炉内への石炭と天然ガスの投入割合を天然ガス／石
    炭の重量比で２.３ 倍を越えないようにして、水素と一
    酸化炭素の生成比率がＨ2／ＣＯ＝０.５〜３の範囲内に
    ある水素・一酸化炭素混合ガスを製造するようにしたこ
    とを特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの製造方法。
  5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の方法
    によってＨ2／ＣＯ の生成比率が２である水素・一酸化
    炭素混合ガスを製造し、この混合ガスを用いてメタノー
    ルを合成することを特徴とするメタノール製造方法。
  6. 【請求項６】一方から他方に向かって生成ガスが流れる
    ように構成された反応炉内の上流側に石炭と酸素を反応
    させて石炭をガス化して水素と一酸化炭素を生成する石
    炭ガス化反応部を設け、下流側に天然ガスと水蒸気を反
    応させて水素と一酸化炭素を生成する反応部を設け、該
    石炭ガス化反応部に石炭と酸化剤とを投入する手段を設
    け、天然ガスと水蒸気との反応部に天然ガスと水蒸気と
    を投入する手段を設け、石炭と石炭酸化剤と天然ガス及
    び水蒸気の投入割合を該反応炉で生成させる水素と一酸
    化炭素の生成比率に応じて制御する手段を設けたことを
    特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの製造装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、前記石炭ガス化反応部
    に投入された石炭とその酸化剤とが旋回流を形成するよ
    うに石炭供給手段及び酸化剤供給手段を設置したことを
    特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの製造装置。
  8. 【請求項８】請求項６又は７において、前記石炭ガス化
    反応部と天然ガスと水蒸気の反応部との間に絞り部を設
    けて、石炭ガス化反応部に投入された石炭と酸化剤並び
    に天然ガスと水蒸気との反応部に投入された天然ガスと
    水蒸気とがそれぞれの反応部で滞留するようにしたこと
    を特徴とする水素・一酸化炭素混合ガスの製造装置。
  9. 【請求項９】請求項６に記載の水素・一酸化炭素混合ガ
    ス製造装置の後段に、生成された水素と一酸化炭素の混
    合ガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装
    置を設けたことを特徴とする石炭，天然ガス使用メタノ
    ール合成装置。
  10. 【請求項１０】請求項６に記載の水素・一酸化炭素混合
    ガス製造装置の後段に、生成された水素と一酸化炭素の
    混合ガスによりメタノールを合成する装置と該混合ガス
    を燃料として発電を行う装置とを併設し、メタノールと
    電力を供給できるようにしたことを特徴とする統合型エ
    ネルギーシステム。
  11. 【請求項１１】請求項９において、前記水素・一酸化炭
    素混合ガス製造装置で生成された水素と一酸化炭素の混
    合ガスをメタノール合成装置に導入する前に、生成ガス
    に含まれる硫化水素を除去する手段を設けたことを特徴
    とする石炭，天然ガス使用メタノール合成装置。
  12. 【請求項１２】請求項１０において、前記水素・一酸化
    炭素混合ガス製造装置で生成された水素と一酸化炭素の
    混合ガスをメタノール合成装置及び発電装置に導入する
    前に、該生成ガスに含まれる硫化水素を除去する手段を
    設けたことを特徴とする統合型エネルギーシステム。
  13. 【請求項１３】一方から他方に向かって生成ガスが流れ
    るように構成された反応炉の炉壁に生成ガスの流れ方向
    に沿って複数列にバーナを設置し、複数列の該バーナの
    うち下流側の少なくとも一列のバーナは石炭とその酸化
    剤，天然ガスと水蒸気とが切り替えて供給できるように
    し、他のバーナからは石炭とその酸化剤のみを供給する
    ようにし、一つの反応炉で石炭のガス化だけでなく、石
    炭のガス化とともに天然ガスと水蒸気との反応が行える
    ようにし、石炭と天然ガスを供給する場合に両者の供給
    割合を制御することによって水素と一酸化炭素の混合ガ
    スの生成比率を調整できるようにしたことを特徴とする
    水素・一酸化炭素混合ガスの製造装置。
  14. 【請求項１４】請求項６に記載の水素・一酸化炭素混合
    ガス製造装置の後段に、生成された水素と一酸化炭素の
    混合ガスによりメタノールを合成する装置と該混合ガス
    を燃料として発電を行う装置とを併設したシステムの運
    転方法であって、メタノール製造のみを行う場合には石
    炭，天然ガス，水蒸気及び石炭酸化剤からなる原料の供
    給量を制御して水素・一酸化炭素混合ガス製造装置から
    の生成ガス組成をＨ2／ＣＯ＝２としてメタノール合成
    装置に供給し、発電のみを行う場合には天然ガスの供給
    を停止して石炭のガス化のみを行って発電装置に供給
    し、メタノール製造と発電を同時に行う場合にはメタノ
    ール製造と発電の比率に応じて石炭と天然ガスの投入量
    及び水素・一酸化炭素混合ガス製造装置で生成された水
    素・一酸化炭素混合ガスの分配量を制御して、電力需要
    の変動に対応しながら水素・一酸化炭素混合ガス製造装
    置に対する負荷を一定に保つようにしたことを特徴とす
    る水素・一酸化炭素混合ガスの製造装置併用メタノール
    合成，発電装置の運転方法。
  15. 【請求項１５】石炭，天然ガス，水蒸気及び酸化剤を原
    料とするメタノール製造方法において、石炭と酸化剤を
    反応させて水素と一酸化炭素の混合ガスを生成する石炭
    ガス化装置の後流に天然ガス改質装置を設け、該石炭ガ
    ス化装置で生成された高温の水素・一酸化炭素混合ガス
    を該天然ガス改質装置に導いて該天然ガス改質装置に供
    給される天然ガスと水蒸気とを反応させることを特徴と
    するメタノールの製造方法。
  16. 【請求項１６】一方から他方に向かって生成ガスが流れ
    るように構成された反応炉の炉壁にガス流れ方向に沿っ
    て二列にバーナを設置し、下流側のバーナから天然ガス
    と水蒸気とを供給し、上流側のバーナから石炭とその酸
    化剤を供給するようにしたものにおいて、上流側バーナ
    と下流側バーナの間に複数個の酸素供給ノズルを設け、
    反応炉内に投入する酸素を酸素／石炭の重量比で１以上
    とする場合に下段バーナからの酸素投入を酸素／石炭の
    重量比で１以下に抑え、残りの酸素は前記酸素供給ノズ
    ルから供給し、反応炉内下部が局所的に高温にならない
    ようにしたことを特徴とする水素・一酸化炭素混合ガス
    の製造装置。
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