JPH11228973A - 石炭水素化熱分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタンをはじめとする炭化水素ガスおよびＢ
ＴＸをはじめとする液状炭化水素を高い収率で製造する
ことが可能であり、かつ設備のイニシャルコストを低減
し、熱補給の必要がない高い熱効率の石炭水素化熱分解
方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る石炭水素化熱分解方法は、
石炭を急速に熱分解させてガス、タール、チャーを製造
するプロセスにおいて、石炭、チャーおよび炭素質原料
の酸素によるガス化で生ずる高温ガス中に、水素ガスを
混合し、水素濃度を高めたガス雰囲気中に石炭を吹き込
み、石炭の急速加熱・熱分解反応を気流層中で行わせ
る。熱分解生成ガスの一部を水素ガスに精製し、熱分解
反応器へリサイクルすることによって、熱分解雰囲気ガ
ス中の水素濃度を３０％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を水素含有雰
囲気下において急速に熱分解させて、ガス、タール、チ
ャーを製造するための方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者らは現在までに、石炭を急速に
加熱し、熱分解することにより、石炭からガス、ター
ル、チャーのような有用成分を製造するプロセスに関す
る提案を行っている。例えば、特開平１−１１３４９１
号公報には、石炭を気相中で、間接的に昇温された熱分
解発生ガスと混合させることによって、石炭を短時間で
熱分解し、石炭中の揮発分の多くをタール、ガスとして
回収する技術が開示されている。また、特開平５−２９
５３７１号公報には、石炭を急速熱分解して得られたチ
ャーの一部を酸素でガス化し、その高温ガス中に微粉炭
を吹き込むことによって、石炭の熱分解を行う技術が開
示されている。更に、特開平６−８８０７８号公報で
は、含水素物質を酸素で部分燃焼させ、雰囲気ガス中水
素濃度を２０％以上としたガス雰囲気中に石炭を吹き込
むことによって石炭の熱分解を行い、石炭から生成する
ＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、キシレン）の収率を特に
増加させる技術の提案を行っている。

【０００３】また、現在までに、石炭水添ガス化または
水素化熱分解と呼ばれるプロセスもいくつか提案されて
いる。このプロセスは、石炭を高温高圧下において水素
と反応させて、直接メタンをはじめとする炭化水素ガス
およびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を製造するこ
とに特徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−８８０７８
号公報で示されたプロセスは、雰囲気ガス中の水素濃度
を高めることによって、特開平５−２９５３７１号公報
におけるプロセスよりも、石炭の熱分解の結果生成する
ＢＴＸの収率を増加させることに特徴がある。しかし、
生成した熱分解ガスを酸素で部分燃焼するだけでは、雰
囲気ガス中の水素濃度を高めるのには限界があるため、
生成物として得られるＢＴＸの収率にも限界点があっ
た。図２に石炭水添ガス化プロセスのフローシートの一
例を示す（燃料協会誌、第６９巻、６９４ぺ一ジ、１９
９０）。石炭水添ガス化プロセスにおいては、石炭を高
温高圧かつほぼ１００％近い高濃度の水素雰囲気下で熱
分解を行うため、反応生成物として、メタンをはじめと
する炭化水素を高濃度で含有する高カロリーガス、ＢＴ
Ｘをはじめとする軽質油成分を高収率で得ることができ
る。

【０００５】しかし、図２に示すように、石炭水添ガス
化プロセスは、雰囲気ガスである非常に高濃度の水素ガ
スを精製するために、生成した熱分解ガス中の水素の
みを分離するための深冷分離装置、チャーのガス化に
よって生成したガス全量を水素に転換、精製するための
装置（酸性ガス除去装置、ＣＯシフト反応装置）が必要
となる。従って、プロセスは非常に大がかりなものとな
り、設備のイニシャルコストは莫大なものとなってしま
う。

【０００６】また、石炭水添ガス化プロセスにおいて、
ガス化のために必要な熱は、下記式（１）のような反応
式で示されるメタンの生成熱によって供給される。 Ｃ＋２Ｈ₂ ＝ＣＨ₄ ＋７４．８７３kJ/mol・・・・・・（１） しかし、文献（燃料協会誌、第６９巻、７０７ぺ一ジ、
１９９０）によると、水添ガス化反応器における壁から
の熱損失、ベンゼンおよびキシレンの生成熱（吸熱反
応）等を考慮すると、メタンの生成熱のみで反応器内を
通常の水添ガス化反応に必要な８００℃以上の温度レベ
ルに保つのは困難であり、何らかの熱補給が必要である
と述べられている。

【０００７】熱補給の方法としては、ガス化後の生成
ガスと水素の間で熱交換を行う方法、ガス化反応器中
に酸素を供給して、生成ガスや水素の一部を燃焼させて
熱補給する方法、が挙げられている。しかし、前者の方
法においては、高圧において効率良く稼働し、かつ生成
ガス中のタール、ＢＴＸ、水等の凝縮による能力低下の
ない大型の熱交換器の開発が必要であった。また、後者
の方法においては、生成ガスや水素の一部が燃焼して消
失するため、冷ガス効率が低下してしまうという欠点が
あった。

【０００８】本発明の目的は、メタンをはじめとする炭
化水素ガスおよびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を
高い収率で製造することが可能であり、かつ設備のイニ
シャルコストを低減し、熱補給の必要がない高い熱効率
の石炭水素化熱分解方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の石炭水素化熱分
解方法は、石炭を急速に熱分解させて、ガス、タール、
チャーを製造するプロセスにおいて、石炭、チャーおよ
び炭素質原料の酸素によるガス化で生ずる高温ガス中
に、水素ガスを混合し、水素濃度を高めたガス雰囲気中
に石炭を吹き込み、石炭の急速加熱・熱分解反応を気流
層で行わせることを特徴とする。上記、石炭水素化熱分
解方法において、熱分解生成ガスの一部を水素ガスに精
製し、熱分解反応器へリサイクルすることによって、熱
分解雰囲気ガス中の水素濃度を３０％以上とすることが
望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の石炭水素化熱分解方法のフローシートを
示す。微粉砕した石炭は気流層型の熱分解反応器１へ導
入される。熱分解反応器１では、高温ガス発生器２にお
いて発生する高温ガスおよび水素ガスとの混合ガスに石
炭を混合し、熱分解することによって、熱分解反応生成
物として熱分解ガス、タール、チャーが発生する。発生
したチャーは、サイクロン３によってガス、タールと分
離される。分離されたチャーの一部または全量は、高温
ガス発生器２において酸素ガスによってガス化（部分酸
化）され、高温ガス（主成分は水素および一酸化炭素）
に変換される。高温ガス発生器２を熱分解反応器下部に
設置することによって、高温ガスの顕熱は、放熱を最小
限として効率良く、熱分解反応器１へ導入される。な
お、炭種によっては、ガス化温度を制御するために、ス
チームをガス化剤として添加する場合もある。また、発
生したチャーを他の用途に使用する場合は、チャーの代
わりに石炭または他の炭素質原料を使用しても良い。

【００１１】熱分解ガスおよびタールは冷却器４によっ
て分離される。タールは更に蒸留等の方式のタール精製
器５によって、ＢＴＸ、その他液成分に分離精製され
る。一方の熱分解ガスは、脱硫器６によって硫黄を除去
した後、吸収等の方式のガス精製器７によって、ＢＴＸ
と製品ガスに分離精製される。

【００１２】製品ガスの一部はシフト反応器８へ導入さ
れ、下記（２）式に示す水性ガスシフト反応によって、
一酸化炭素が水素および二酸化炭素へと変換され、水素
リッチガスとなる。水素リッチガスは脱炭酸器９によっ
て二酸化炭素が除去され、水素ガスとしてリサイクル利
用される。 ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ＝ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ ＋４０．３kJ/mol・・・・・・（２） 熱分解雰囲気ガス中の水素濃度は３０％以上となるよう
に、製品ガスをリサイクルするのが望ましい。リサイク
ルする水素ガスが増加した場合には、熱交換器１０を設
置して、熱分解ガスとの熱交換を実施しても良い。

【００１３】熱分解反応器１内の反応条件は、温度５０
０〜１６００℃、圧力１〜１５０atm 、ガス滞留時間
０．０１〜３０sec とするが、ＢＴＸの収率を向上させ
るためには、特に温度７００〜１０００℃、圧力１０〜
１００atm 、ガス滞留時間０．０１〜５sec とするのが
望ましい。

【００１４】

【実施例】図１に示したフローに従って、石炭１０００
kgの熱分解を実施した。熱分解反応温度を８００℃、圧
力を３０atm 、ガス滞留時間を１sec とし、製品ガス１
９２０Nm³ の内の１０００Nm³ をリサイクルした。ま
た、発生したチャーは、その全量を高温ガス発生器にお
いてガス化した。

【００１５】表１に、その結果得られた熱分解反応生成
物の発生量を示す。また比較例として、製品ガスのリサ
イクルを行わない、従来プロセスでの熱分解の結果を示
す。実施例においては比較例よりもＢＴＸの収率が大幅
に増加した。また、ＢＴＸ以外の液成分も大幅に増加し
たが、実施例におけるこれらの液成分の平均分子量が１
９５であるのに対し、比較例では３０８であり、実施例
の液成分の方がより軽質化が進行していた。

【００１６】

【表１】

【００１７】表２に実施例と比較例における製品ガスの
組成および燃焼熱を示す。実施例においては３０atm の
高圧ガスが発生するため、比較例の場合と比較して、特
に発電用途に優れていた。また、製品ガス中のＨ₂ ／Ｃ
Ｏ比が大きいため、メタノール合成等の化学原料として
も好適である。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】本発明により、メタンをはじめとする炭
化水素ガスおよびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を
高い収率で製造することが可能であり、かつ設備のイニ
シャルコストを低減し、熱補給の必要がない高い熱効率
の石炭水素化熱分解方法を提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の石炭水素化熱分解方法のフローシート
である。

【図２】公知の石炭水添ガス化プロセスのフローシート
である。

【符号の説明】

１ 熱分解反応器 ２ 高温ガス発生器 ３ サイクロン ４ 冷却器 ５ タール精製器 ６ 脱硫器 ７ ガス精製器 ８ シフト反応器 ９ 脱炭酸器 １０ 熱交換器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭を急速に熱分解させて、ガス、ター
   ル、チャーを製造するプロセスにおいて、石炭、チャー
   および炭素質原料の酸素によるガス化で生ずる高温ガス
   中に、水素ガスを混合し、水素濃度を高めたガス雰囲気
   中に石炭を吹き込み、石炭の急速加熱・熱分解反応を気
   流層中で行わせることを特徴とする石炭水素化熱分解方
   法。
2. 【請求項２】 熱分解生成ガスの一部を水素ガスに精製
   し、熱分解反応器へリサイクルすることによって、熱分
   解雰囲気ガス中の水素濃度を３０％以上とすることを特
   徴とする請求項１記載の石炭水素化熱分解方法。