JPS5811918B2 - 石炭の移動床水添ガス化法及びガス化炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭の移動床水添ガス化法及びそのガス化炉に
関するものである。

従来、高カロリーガスを製造する一つの方法として、高
温、高圧下で水素と石炭を直接反応させてメタン含有量
の多い生成ガスを得る水添ガス化法が知られている。

しかしながら、この水添ガス化法に関しては、実用炉は
なく、いまだ研究段階にあるが、そのガス化方式は、多
くの場合、流動床方式が採用されている。

この流動床方式水添ガス化法には数数の利点はあるもの
の、石炭を流動化させるために大量の水素供給を必要と
するため、生成ガスは未反応の水素により希釈されるこ
ととなる。

したがって、高カロリーガスを得るためには、例えば、
更に深冷分離工程を設け、水素を分離しなければならな
い。

下方、メタン化反応は圧力の増加とともに促進されるこ
とから、流動床方式水添ガス化法の場合にもできるだけ
高圧での操業が望ましいとされているが、そのような場
合、石炭を流動化させるのに必要な線速度は圧力が低い
場合とほぼ同じにしなければならないことから、未反応
水素によるメタンの希釈は圧力の増加とともに一層大に
なるという問題が生じる。

また、この方式のガス化においては、水添ガス化を一段
の流動床で行うと、高温帯域（９００℃程度）に直接石
炭が供給されるので、乾留により生成する本来高カロリ
ーの炭化水素が分解されて生成ガスの発熱量が低下する
という問題も包含する。

このことを避けるために、低温部と高温部を有する二段
のガス化炉を採用しよとすると、高圧流動床は本来安定
運転の困難なものであるため、その運転の困難性は著し
く増大する。

本発明はこのような従来一般に研究されている流動床方
式のガス化炉とは異なり、安定運転の容易な移動床方式
ガス化炉を採用するとともに、炉内構造を特別のものと
することにより、石炭の低温乾留及び水添ガス化を効率
よく行わせ、発熱量の高い生成ガスを得ようとするもの
である。

すなわち、本発明によれば、上方から下方へ移動する破
砕炭移動床に対し向流的に水素ガスを流通接触させて石
炭の水添ガス化反応を行うとともに、移動床中間部の水
添ガス化反応により生成した高温ガスを、上部移動床と
の間で間接的熱交換を行わせながら上部移動床中を通過
させ、上部移動床において主に低温乾留を行わせること
を特徴とする石炭の移動床水添ガス化法が提供される。

本発明で用いるガス化原料は石炭であるが、この石炭に
は熱処理炭も包含される。

本発明においては、これらのガス化原料は、移動床形成
に適合する適当な粒度の破砕炭として用いられる。

次に、本発明を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明のガス化炉の１実施例についての切断側
面図であり、第２図は炉内移動床の、流動方向に沿った
温度分布を示す。

第１図において、１は移動床方式水添ガス化炉の本体で
あり、その炉内上部には熱交換機構３が配設されている
。

この熱交換機構３は、複数の熱交換パイプからなるもの
で、その下端は炉内中間部に開口し、その上端は炉内上
端部に設けられたガス集合室４内に開口し、このガス集
合室４を介し、生成ガス導出管５に連絡している。

ガス化原料Ｆは、上部にあるホンパー２から移動床方式
水添ガス化炉１の炉内上部に供給され、炉内を層状で上
方から下方に移動し、炉底部から排出機６により残渣ホ
ッパー７に排出される。

一方、水素ガスは水素ガス供給管８を通って炉内底部に
導入され、降下する移動床中を向流的に上昇する。

本発明においては、石炭の水添ガス化反応は炉内移動床
の中間帯域Ｂにおいて主に起り、ここで生成した高温ガ
スは熱交換パイプ３内を通って、上部移動床との間で間
接熱交換を行いながら炉内上端部のガス集合室４に導か
れる。

したがって、移動床の上部帯域Ａでは、高温ガスとの直
接接触が回避され、その温度はパイプ内を流通する高温
ガスより常に低い温度（６００℃以下）に保持されるの
で、主に低温乾留が行われる。

移動床の下部帯域Ｃでは、底部から上昇する水素ガスと
移動床との間の直接熱交換が行われ、水素ガスはここで
帯域Ｂの水添ガス化反応（主にメタン化反応）に必要な
温度まで予熱される。

本発明では、前記したように、炉内に熱交換機構を設け
たことにより、移動床には、その移動方向に沿って、温
度分布を生じ、熱交換パイプのガス流入口に近接した部
分で最高温度を示し、この部分から離れるに従って移動
床温度は低下する。

第２図にその移動方向に沿った移動床温度をグラフとし
て示す。

このグラフにおいては、曲線−ａは熱交換パイプ内温度
、曲線−ｂは熱交換パイプ外面に接触する移動床温度を
示す。

この移動床温度分布から容易に理解されるように、本発
明の場合、炉内に供給された石炭は、まず帯域Ａで６０
０℃以下の温度に加熱され、ここで低温乾留され、ター
ルを含む乾留ガスを生成する。

次に、乾留反応を受けた石炭は、帯域Ｂにおいて水添ガ
ス化反応を受けてメタン、エタンなどの低級炭化水素を
含む高温の水添ガスを生成する。

そして、このようにして生成した乾留ガス及び水添ガス
は熱交換パイプを通って帯域Ａの移動床に熱を与え、冷
却された後系外へ取り出される。

第１図において、石炭の移動方向は太線の矢印で示され
、ガスの移動方向は細線の矢印で示されている。

本発明においては、第１図に示されているように、生成
ガスの一部は、必要に応じ、生成ガス導出管５から循環
ポンプ９により抜き出し、導管１０により炉内上部の空
間部に循環するのがよい。

このようにして生成ガスを乾留域上部に循環する時には
、乾留域で生成したタールは循環ガスにより下方に流さ
れるようになり、一方、乾留帯域Ａは下方に行くに従っ
てその温度が高くなることから、その下方にタールが流
される間に、循環ガス中の未反応水素により一部低分子
化され、残部は熱交換パイプの高温ガス入口に近接した
部分で水素化分解される。

したがって、本発明により得られる生成ガス中には凝縮
性の高分子炭化水素を含まないことから、低温下でも凝
縮物を生成せず、タールトラブルは完全に除去される。

本発明により水添ガス化反応を行う場合、移動床は外部
から熱供給を行って加熱し、反応を開始させるが、反応
開始後は、水添ガス化反応は大きな発熱反応であること
から、その熱供給は、運転中に必要な熱が反応熱より少
なくなった場合に行えばよい。

本発明により石炭の水添ガス化反応を行う場合、反応の
制御は石炭及び水素ガスの供給速度、生成ガスの循環量
により行うことができ、また必要に応じ炉内壁に水冷管
を設け、この水冷管によって行うことができる。

本発明のガス化炉には種種の変更が可能であり、熱交換
パイプの形状、個数、材質は何ら制限されるもの、では
なく、また炉内における石炭の移動が良好でない場合に
は適当な攪拌機構を炉内に設置することができる。

以上述べたように、本発明の移動床水添ガス化法によれ
ば、反応の安定運転が容易である上、流動床方式水添ガ
ス化法に見られたような多量の水素ガスによる生成ガス
の希釈の問題、乾留ガス中の高カロリー炭化水素の分解
及びその分解による生成ガス発熱量低下の問題などは一
時に克服される。

次に本発明を実施例により更に詳細に説明する実施例 図面に示した移動床方式水添ガス化炉を用いて石炭の水
添ガス化を行った。

この場合、移動床の温度分布は第２図に示したとおりで
あり、炉内に導入する水素ガス圧は４０ｋｇ／ｃｍ２で
あった。

このようにして得られる生成ガスの組成は、水素３３％
、メタン５４％、エタン２％、一酸化炭素７％、二酸化
炭素４％であり、生成ガス熱量は約６５００Ｋｃａｌ／
ｍ３となり高発熱量のものであることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の移動床方式水添ガス化炉の切断側面図
であり、第２図は移動床のその移動方向に沿った温度分
布を示すグラフである。 １・・・・・・ガス化炉、２・・・・・・ホッパー、３
・・・・・・熱交換パイプ、４・・・・・・ガス集合室
、５・・・・・・生成ガス導出管、６・・・・・・排出
機、７・・・・・・残渣ホッパー、８・・・・・・水素
ガス供給管、９・・・・・・循環ポンプ、１０・・・・
・・循環ガス導入管、Ａ・・・・・・乾留帯域、Ｂ・・
・・・・水添ガス化帯域、Ｃ・・・・・・予熱帯域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上方から下方へ移動する破砕炭移動床に対し向流的
   に水素ガスを流通接触させて石炭の水添ガス化反応を行
   うとともに、移動床中間部の水添ガス化反応により生成
   した高温ガスを、上部移動床との間で間接的熱交換を行
   わせながら上部移動床中を通過させ、上部移動床におい
   て主に低温乾留を行わせることを特徴とする石炭の移動
   床水添ガス化法。 ２ ガス化原料を上部から供給し、水素ガスを下部から
   供給する向流式移動床水添ガス化炉において、炉内上部
   に、下端が炉内中間部に開口し、上端が炉内上端部に開
   口して生成ガス導出管に連絡する熱交換パイプを配設し
   てなる石炭の移動床水添ガス化炉。