JPS5817795B2 - 石炭類のガス化方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭または重質油等をガス化しり１７−ンな燃
料ガスを製造するプロセスに係り、特にガス化炉から排
出するチャー、あるいはガス化炉から飛散する微粉チャ
ーを有効にガス化するのに好適な方法及び装置に関する
ものである。

石炭、重油等の化石燃料はイオウを含有しており、燃料
としてその捷ま利用すれば大気汚染物質である匝硫酸ガ
スを発生する。

そこでこれら含イオウ化石燃料を高温、加圧下で水蒸気
、酸素あるいは空気等のガス化剤と反応させ、ガス化し
その後脱硫してクリーンな燃料ガスに変換する方法が種
々検討されている。

このクリーン燃料ガスに変換するだめの工程はいずれの
方法も石炭等をガス化炉でガス化する工程とガス化した
粗ガスを精製する工程から成り立っている。

現在精製する工程はほぼ完成しており、開発は高効率ガ
ス化工程に集中している。

高効率ガス化のためには古くからある固定床方式のガス
化炉では問題が多く、現在は流動層方式のガス化が主体
である。

この流動層方式の石炭類のガス化とは、数ｍｍに粉砕し
た石炭をガス化炉に供給し、ガス化炉下部から供給した
酸素、空気、水蒸気により石炭の一部を燃焼し、この時
発生する熱源で他の石炭を乾留する。

更に乾留により副生ずるチャー（石炭中の揮発分が揮散
した炭素を主体とする固形物）と水蒸気と及び燃焼ガス
である炭酸ガスとの反応を行なわせるものである。

ガス化炉内の粒子（石炭、チャー等を一括して以後粒子
と呼ぶ）は下部からのガス化剤によりはげしく動く流動
状態にしておくことにより、燃焼により発生した燃料を
速かに他の部分に移動させ高効率のガス化を達成させる
ものである。

この方式はガス化の熱移動量が多く良好な方式であるが
、ガス化炉内で粒子がはげしく移動するため摩耗が起こ
る。

摩耗した粒子（特に石炭を粉砕したものは角が出ており
、角の部分がこわれて微粉が発生する）はガス流に同伴
され炉外へ飛散するため後続のサイクロンで補修する。

補修した微粉は再度ガス化炉に送りガス化させるが、層
内の粒子に較べて極めて小さいため、層内へほとんど滞
留されずガス化することなく再度飛散する。

またガス化炉内では摩耗が常時発生しており、微粉を系
外に排出しないかぎり経時的にはサイクロンの能力の限
界を超える微粉が系内に溜る。

そこでサイクロンからの微粉の一部は系外に排出し、廃
棄処理する方法が採られている。

一般にこの微粉中には炭素が２０〜４０％程度含まれて
おり、その微粉量は原料が石炭単独の場合は原料に対し
て１０−１５１％、原料が重質油と石炭を７＝３で混合
したスラリーの場合Ｉｉ６％程度であり、原料の石炭中
の炭素比較ではそれぞれ５％ 、２％に相当する。

即ち原料の炭素分の２〜５係がガス化されることなく系
外に排出されていることになりガス化効率が悪い欠点が
ある。

本発明の目的は上記の欠点に鑑み、石炭類の微粉粒子を
効率よくガス化する方法及び装置を提供するにある。

本発明により上記の目的は、ガス化炉内に再循環させて
もガス化されない微粉粒子をガス化炉以外の別室で燃焼
させ、微粉粒子中の炭素を炭酸ガスに変換し熱ガスとし
てガス化炉に戻すと共に、燃焼後の熱粒子を冷却室で冷
却して熱回収することにより達成される。

以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。

図は本発明に係る一実施例である石炭類のガス化方法を
適用した石炭類のガス化装置を示している。

石炭をガス化するガス化炉１２には石炭供給管１４と、
ガス化剤である空気供給管１６及び水蒸気供給管１８と
から成る供給系配管が接続され、まだ発生した粗ガス取
出管２０及びガス化炉内粒子抜出管２２から成る排出系
配管が接続されている。

ガス化炉１２内の下部にはガス分散板２４が設置され、
この分散板２４上には石炭及びチャー等の粒子２６から
成る流動層が形成されている。

石炭のガス化により発生したガスは粗ガス取出管２０を
通過し、サイクロン２８で微粉チャーを分離除；去され
次の精製工程へ送られる。

一方分離された微粉チャーは流動燃焼ガス化器３０に輸
送される。

この流動燃焼ガス化器３０は器内に障害壁３２が設置さ
れ多室に区分されている。

この各室はそれぞれの用途に適した働きを行っている。

また器内各室の下部には多孔板３４が設置され、最下部
には空気導入管３６が接続されている。

流動燃焼ガス化器３０上部には熱ガス取出管３８が接続
され、この熱ガス取出管３８の出口はガス化炉１２の分
散板２４下部に開孔接続され閉ループを構成している。

流動燃焼ガス化器３０の区分された室は微粉燃焼室４０
、粗粒燃焼室４２及び灰の冷却室４４である。

冷却室４４にはクーリングコイル４６と灰抜用管４８と
が設置されている。

クーリングコイル４６は水蒸気供給管１８と接続され、
その出口はガス化炉１２に設置された分散板２４の下部
に開孔接続している。

微粉燃焼室４０にはサイクロン２８からの微粉を導入す
るだめの微粉輸送管５０が接続され、粗粒燃焼室４２に
はガス化炉内の粒子２６を導入するための粗粒輸送管５
２が接続されている。

次に本実施例に適用した石炭類のガス化方法及び本実施
例の動作について説明する。

石炭類の１００時間連続ガス化実験により、発生した微
粉粒子がガス化炉内に再循環させてもほとんどガス化さ
れず反応性が悪いことが確認されている。

そこでこの微粉粒子を効率的にガス化する方法として、
反応の速い空気等により微粉粒子の酸化を行い、発生す
る炭酸ガスをガス化炉内に供給し炉内チャーの炭素と炭
酸ガスによるＣ＋ＣＯ２→ ＣＯなる反応を起こさせる
ことにより前記微粉粒子を一酸化炭素ガス化するものが
ある。

詳しくは石炭をガス化するに際し、乾留により石炭の約
４０係（重量基準）がＨ２，ＣＨ４，Ｃｏ。

Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６−ＣＯ２等のガスとなり揮散する。

この乾留は敢闘の大きさの石炭では約１分以内で完結し
、３００〜４００ Ｋｃａ７／＃石炭程度の熱を必要と
する。

但し、原料は太平洋炭で乾留温度８５０℃の場合である
。

また乾留により剛製するチャーば５５係程度で、チャー
中の炭素分は６５％で、原料石炭中の炭素に対し３６係
の炭素がチャー中に存在する。

この炭素は熱源として一部を酸素で燃焼し、残りは水蒸
気とＣ＋Ｈ２０→ＣＯ＋Ｈ２及び燃焼ガスのＣＯ２とＣ
＋ＣＯ２→２ＣＯなる反応を行わせる。

しかし燃焼に較べ上記２反応は遅くチャー中の炭素を消
費し尽くすには、チャー粒子を長時間ガス化炉内に滞留
させる必要がある。

ところが粒子を長時間炉内に滞留させることは流動層内
での粒子の摩耗が増加することであり流動層方式のガス
化炉においては本質的な問題となる。

即ちこの摩耗により発生した微粉粒子は発生ガスや水蒸
気等のガスの流れに同伴されて容易に流動層をすり抜は
層外へと運ばれる。

層外に運ばれた微粒子を再度循環することは摩耗量に相
当する微粒子量が系内に増加することとなり循環量が直
線的に増加する。

本実施例の特徴はこの微粒子をガス化炉には返さず微粒
子に適した流動層に送り、反応の速い燃焼による炭素の
ガス化を行い微粒子中の炭素を消費し尽くす。

それに伴い燃焼により発生する炭酸ガスをガス化炉に返
し、炭素を消費し尽くされた固体（アッシュ）は系外へ
排出される♂即ち本実施例の方法は微粉粒子をガス化炉
内に再循環することなく、摩耗により発生した微粉全て
を燃焼し、燃焼ガス及び熱をガス化炉に再循環する方法
である。

上記の方法を適用した本実施例の装置では、石炭をガス
化することにより発生する微粉チャーはサイクロン２８
で捕集される。

サイクロンの性能にもよるが２０μｍ以上の微粉チャー
が捕集される。

捕集された微粉チャーは微粉輸送管５０により流動燃焼
ガス化器３０の微粉燃焼室４０へ送られる。

この微粉燃焼室４０は微粉を飛散させないため流動化速
度を微粉の流動化開始速度の２〜２０倍程度、好ましく
は２〜５倍程度になるように装置断面積が想定されてい
る。

また燃焼のだめのガスはガス化炉１２に供給する空気の
一部を用いる。

即ちガス化に必要な全空気量の一部を微粉燃焼に用い、
微粉の含有する炭素を全て燃焼除去し微粉を灰にまです
る。

更に得られた熱ガスはガス化炉に供給することにより、
ガス化に必要な反応熱を与えることができる。

障害壁３２は微粉流動層が他の室４２．４４の粒子と混
合するのを防止するので、この壁により微粉単独の燃焼
が可能となり冷却室４４と熱的に遮断でき高温度燃焼が
可能である。

また微粉が連続的に微粉輸送管５０から送り込まれるの
で微粉燃焼室４０で燃焼を完了した灰は障害壁３２をオ
ーバーフローして隣室の冷却室４４へ移動する。

サイクロン２８で捕集した微粉は微粉燃焼室４０で含有
する炭素を消費するのに十分な滞留時間を与えられ、更
に消費のだめの反応は燃焼反応で反応速度が速く炭酸ガ
スと灰になる。

炭酸ガスはガス化炉１２へ、灰は冷却室４４へそれぞれ
送られる。

このため微粉チャーをガス化炉内に再循環するために発
生する問題が生じない。

一方冷却室４４へ障害壁３２をオーバーフローして移動
した灰は通常高温のだめクーリングコイル４６で３００
〜４００℃程度まで間接冷却されその後入抜出管４８か
ら系外へ排出される。

なお冷却室４４は灰が飛散しない程度の流動層とするた
めその断面積は微粉燃焼室４０と同程度か若干小さくな
っている。

冷却室４４の下部からは流動化用の空気が送入され、空
気による灰の冷却及び熱交換が行なわれ、熱交換された
空気は微粉燃焼室４０の熱ガスと上部空間で合流しガス
化炉１２へ入る。

ガス化炉１２内の粒子２６の量は供給石炭量と飛散粒子
量及びガス化ガス量等の収支で決ｔり通常運転時間と共
に増加する。

特に石炭は揮発分等が揮散してもその容積はほとんど減
少しないためガス化炉１２内では容積の増加が起こる。

そこで炉内からは一定量ずつ粒子２６を抜出管２２で抜
出している。

この炉内粒子は通常炭素を含有する数ヨの粗粒子であり
粗粒輸送管５２を通して粗粒燃焼室４２に送られ炭素の
有効利用が画られでいる。

この粗粒は粒子径が大きいため微粉燃焼室４０及び冷却
室４４に較べ粗粒燃焼室４２の断面積は小さくてよ〈粗
粒燃焼室４０の作用及び構造は微粉燃焼室４０と同様で
ある。

灰がオーバーフローし合流して灰を一括冷却させ得るこ
とが可能となるように、３室から成る流動燃焼ガス化器
３０は粗粒燃焼室４２、冷却室４４、微粉燃焼室４０の
順に接続されている。

なお流動燃焼ガス化器３０が第１図に示す横型に限定さ
れるものでなく、微粉をガス化炉に再循環させるのでな
く燃焼ガス化し微粉の含有する炭素をＣＯ２に変換し熱
ガスと共にガス化炉１２へ返すことで石炭のガス化効率
を向上させるものであればどのよな形式でもよい。

以下、本実施例によりガス化した時の量的関係を説明す
る。

ガス化炉に重質油７、石炭３０重量割合で混合したスラ
リ化石原料を１７ ｋｇ／ ｈ、酸素１０Ａ−９／ｈ及
びＳＴＭ ２７．３ｋｑ／ｈで供給し、ガス化炉温度８
７０℃でガス化した。

サイクロンから排出する微粉は１ｋｑ／ｈで炭素含有率
２５係のものを微粉燃焼室４０（，１３０ｍφ、２闘塔
高）に連続供給し、下部から空気２．５ Ｎｒｎ’ ／
ｈで供給し燃焼した。

一方粗粒燃焼室へはガス化炉内粒子２６ヲ１゜３ｋｑ／
にで抜出し下部から空気０．５ Ｎｍ３／ ｈで冷却し
た。

なお実験装置のためクーリングコイル出口はガス化炉内
ではなく系外排出した。

また各燃焼室からのガスはガス化炉１２内に供給しガス
化炉圧力は３ ａｔｇで運転した。

その時のガス化炉から発生した各種ガスを表１に示しで
ある。

また実施例で用いたガス化炉１２に同量の化石原料を供
給し、全ガス化剤を同条件で（酸素１０．９＃／ｈ、
水蒸気２９．７ 却／ｂ’）で運転しサイクロンから
の抜出微粉は炉内に再循環しガス化炉からの抜出粒子を
停止した場合のガス化から発生した各種ガス奇を比較例
として表１に示す。

本実施例は以上のように構成され、微粉粒子中の炭素を
微粉燃焼室４０にて燃焼させガスに変換しガス化炉１２
に戻し、且つ燃焼後の熱粒子を冷却室４４で冷却して熱
回収するだめ、ガス化効率を向上させる効果がある。

以上の説明から明らかなように本発明によれば、微粉粒
子中の炭素をガスに変換しガス化炉に戻すことにより、
石炭類の微粉粒子を効率よくガス化する方法及び装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例である石炭類のガス化方法を適用
した石炭類のガス化装置を示す系統図である。 １２・・・ガス化炉、１４・・・石炭供給管、１６・・
・空気供給管、２０・・・粗ガス取出管、２８・・・サ
イクロン、３０・・・流動燃焼ガス化器、３２・・・障
害壁、３４・・・多孔板、３８・・・熱ガス取出管、４
０・・・微粉燃焼室、４２・・・粗粒燃焼室、４４・・
・冷却室、４６・・・クーリングコイル、４８・・・灰
抜用管、５０・・・微粉輸送管、５２・・・粗粒輸送管
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭、重質油等の炭化水素を原料とした石炭類をガ
   ス化炉を用いてガス化する石炭類のガス化方法において
   、ガス化炉から排出されるチャー及びサイクロンで分離
   された微粉チャーをガス化炉以外の別の燃焼器にて燃焼
   させることにより微粉粒子中の炭素を炭酸ガスに変換し
   、この炭酸ガスを熱ガスとしてガス化炉に戻すことを特
   徴とする石炭類のガス化方法。 ２ 石炭、重質油等の炭化水素を投入し燃焼させるガス
   化炉と、このガス化炉にて発生したガスから微粉チャー
   を除去するサイクロンとを有する石炭類ガス化装置にお
   いて、下部に多孔板を有する流動燃焼ガス化器と、該流
   動燃焼ガス化器と前記サイクロンとを接続する微粉輸送
   管と、該流動燃焼ガス化器と前記ガス化炉とを接続する
   熱ガス取出管及び粗粒輸送管とを設け、該流動燃焼ガス
   化器の底部には空気供給管を接続することを特徴とする
   石炭類のガス化装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、流動燃焼ガス化器
   に障害壁を設け、この障害壁により複数個の室を形成し
   、該室の少なくとも一つでサイクロンからの排出微粉チ
   ャーを燃焼させ、残りの室の少なくとも一つでガス化炉
   の排出チャーを燃焼させ、前記各室で燃焼したチャーを
   冷却器を設置した更に他の室に溢流させ該室で冷却後系
   外へ排出することを特徴とする石炭類のガス化装置。