JPS5822509B2 - 流動層循環系を用いる石炭類の乾留ガス化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流動層循環系を用いる石炭類の乾留ガス化方法
に関し、詳しくは粉粒状石炭類の乾留によってタールと
高カロリーガスを得るとともに乾留反応生成物のコーク
スあるいはチャーを酸素を用いてガス化し、水素および
一酸化炭素を主とするガスを生成せしめることよりなる
石炭類の乾留ガス化方法に関する。

本発明者は先に平均粒径０．１〜５朋の固体粒子を熱媒
体として、高温の流動層を構成するガス化塔と燃焼加熱
塔の両塔間に循環せしめ、粉粒状の石炭類をガス化塔内
流動層に送入接触させることによってガス化させ、一方
前記固体粒子および反応生成物たる灰分に富むコークス
を燃焼加熱塔に送り、空気によって燃焼するとともに前
記固体粒子を加熱してから再びガス化塔に送ることによ
り連続的に粉粒状石炭類をガス化する方法を提案した（
特開昭５０−３０９０４号公報）。

しかしながら上記方法によれば、石炭中の揮発分からの
発生ガスは前記コークスと水蒸気の反応によって生成す
る水素および一酸化炭素と混合してしまうので、製造さ
れる可燃ガスは炭化水素ガスが少なく発熱量があまり高
くない。

一方、この発生ガスを例えばメタノールなどの化学工業
原料に用いるためには、含有されるメタンなどの炭化水
素類を転化するために水蒸気改質などの処理が必要であ
る。

また燃焼加熱塔からは燃焼排ガスが発生するのでこれを
大気中に放出するために脱硫・脱硝装置が必要となる。

本発明者はさらに、同様な固体粒子を熱媒体として、高
温の流動層を構成する乾留塔、ガス化塔および燃焼加熱
塔の３つの塔の間に循環させ、石炭類の乾留生成物であ
るタールおよび高カロリーガスと、乾留の結果生成され
る炭素質粉粒の水蒸気ガス化によって生成される水素と
一酸化炭素を混合させることなく別々の導管で得ること
のできる方法を提案した（特開昭５０−４１９０３号公
報）。

しかしながら上記方法は３個の流動層間に２つの循環系
を作るので操作が複雑になるだけでなく、空気を燃焼加
熱塔に送入するために燃焼排ガスを大気中に放出する必
要があり、そのための脱硫・脱硝設備費が大きなものに
なる。

近年、将来の石油不足が予測され、石油以外のエネルギ
ー資源に関し、様々な角度から検討がなされてきている
。

それらのうち埋蔵量が期待される石炭の利用についても
多くの検討が行なわれ、単なる燃料として使用するので
なく、化学工業の原料に変換する工業システムを確立す
るため、その処理技術も見直しの段階にあると云える。

したがって、本発明者も上記の技術を改良し、さらによ
り実用性の高いものとすべく検討を重ねた結果本発明を
完成するに至ったのである。

すなわち本発明はそれぞれ平均粒径０．１〜５朋の固体
粒子からなり、高さが最大内径の２倍以上である濃厚流
動層を構成する乾留塔とガス化塔の間で、各基の上部と
各他塔の下部をそれぞれ導管で連絡して、各流動層の上
部から該固体粒子を自重により該各導管内を移動させ、
二基間を循環しうるようにした系において、平均粒径を
０．１〜５ｍｍに調整した粉粒状石炭を該乾留塔下部に
供給し、水蒸気により該流動層内を上方に揚送しながら
該固体粒子と接触せしめ５００〜９００°Ｃで乾留反応
を行わせ、一方、反応生成物のコークスあるいはチャー
を該固体粒子と共に導管を経て前記ガス化塔下部に移動
させ、該ガス化塔において酸素と水蒸気、酸素と炭酸ガ
スあるいは酸素と水蒸気と炭酸ガスとの混合ガスを送入
して、該コークスあるいはチャーをガス化するとともに
固体粒子を８５０〜１０５０°Ｃに加熱して前記乾留反
応に供することを特徴とする粉粒状石炭類の乾留ガス化
方法に関するものである。

本発明が前記の技術と異なる特徴は、上記の粉粒状石炭
を処理するのに３塔間を循環せしめる代りに、技術的に
操作が容易である２塔循環系とし、系の簡素化を図ると
共に、ガス化塔に酸素を使用。

することにより水素と一酸化炭素ガスを製造し、しかも
石炭中の揮発分から発生するタールおよび高カロリーガ
スとは別の導管で取り出すことができることにある。

すなわちこれにより石炭揮発分からはタールと炭化水素
類のガスからなる高力口・リーガス、乾留反応生成物た
るコークスあるいはチャーからは炭化水素ガスの殆んど
含有されない水素と一酸化炭素ガスを製造することがで
き、化学工業用の原料ガスあるいは金属工業用の還元ガ
スとして使用することができるものである。

本発明において使用する循環用熱媒体たる固体粒子とは
、石炭灰の焼結粒、セメントクリンカ−耐火物、アルミ
ナ粒、砂、鉄鉱石のような無機質の粉粒体を意味し、平
均粒径が０．１〜５ｍｍのものであれば任意に使用でき
る。

また本発明において石炭類とは草炭、亜炭、褐炭、瀝青
炭、ピッチなどの、常温状態において固体状の化石燃料
をい５若干の水あるいは石油類との混合物であってもよ
い。

次に添付図面によって本発明の実施態様を説明する。

第１図においてはＡは乾留塔、Ｂはガス化塔、Ｃは必要
に応じて用いる附属ガス化塔であって、３塔とも平均粒
径０．１〜５關の範囲の粉粒状熱媒体の濃厚流動層を形
成し、乾留塔Ａの上部とガス化塔Ｂの底部およびガス化
塔Ｂの上部と乾留塔Ａの底部とが導管によって連結され
ている。

１は乾留塔Ａ内において平均粒径０．１〜５７ｎｍの粉
粒状熱媒体によって形成される濃厚流動層であり、その
高さは乾留塔の最大内径の２倍以上になっており、送入
口２および整流器３を通じて送入されろ水蒸気によって
平均空隙率０．５〜０．８の濃厚流動層状態で流動化さ
れる。

この際、流動化を助けるために乾留塔Ａの側壁に設置さ
れた送入口４から流動層１中に水蒸気を送入することが
できる。

原料である粉粒状石炭類は平均粒径０．１〜５朋に調整
し、乾燥状態あるいは水または石油との共存状態で送入
口５を通じて乾留塔Ａ内流動層の底部６に送入する。

流動層６は送入ロアおよび整流器８を通じて送入されろ
水蒸気によって平均空隙率０．５〜０．８の濃厚流動層
状態で流動化され、熱媒体粒子を激しく混合させながら
上方に揚送するので、送入口５を通じて送入される粉粒
状石炭類は固まることなく熱媒体粒子内に分散させられ
る。

この際、粉粒状石炭類の分散を助けるために送入口５か
ら水蒸気を同時に送入してもよく、また熱媒体粒子と粉
粒状石炭類の混合を助けこれらを上方に移動させるため
に送入口９，９′から水蒸気を送入することができる。

第１図における送入口、整流器の位置および形状は本発
明を実施するための態様の一例を示したものであってこ
れに拘束されるものではなく、その位置および形状は任
意である。

送入された粉粒状石炭類は流動層底部６内において高温
の熱媒体粒子と混合することにより５００〜９００°Ｃ
に加熱され、乾留塔Ａの内筒１０内を濃厚流動層状態で
移動しながら乾留反応を受けて揮発分から高カロリーガ
スとタール分蒸気を発生し、発生ガスと流動化用水蒸気
の混合ガスは乾留塔内のフリーボード１１および出口１
２を経て乾留塔Ａを去り次の工程に入れられる。

半ば乾留された粉粒状石炭類は熱媒体粒子と共に乾留塔
Ａ内の内筒１０の上縁を溢流して乾留塔Ａの流動層１に
送られ、送入口２および整流器を経て送入されろ水蒸気
および必要があれば送入口４から送入されろ水蒸気によ
って濃厚流動層状態のまメはゾ完全に乾留されて炭素質
のコークスあるいはチャーに転化される。

炭素質の粉粒状コークスあるいはチャーは熱媒体粒子と
一緒に乾留塔Ａの上部から導管１３に入り、主として自
重によってガス化塔Ｂの底部に送入され、送入口１４、
整流器１５を通じて送入されろ水蒸気あるいは炭酸ガス
、あるいは両ガスの混合ガスによってガス化塔Ｂの底部
から上方に輸送される。

この際、ガス化塔の底部には送入口１６．１６’を設置
し、水蒸気あるいは炭酸ガス、あるいは両ガスの混合ガ
スを送入してガス化塔Ｂ内の流動層１９の底部において
、流動層を空隙率０．５〜０．８の濃厚流動層状態に保
ちつＸガス化塔底部に送入された粉粒状コークスあるい
はチャーと熱媒体粒子の混合物が上方に移動するのを助
ける。

流動層１９は全体として空隙率０．５〜０８の濃厚流動
層状態および８５０〜１０５０℃の温度範囲に保たれる
。

ガス化媒である酸素と水蒸気の混合ガスあるいは酸素と
炭酸ガスの混合ガスあるいは酸素と水蒸気と炭酸カスは
送入口１７．１７’および必要によっては送入口１８．
１８’から流動。

層１９の下部に送入され、流動層１９内で熱媒体粒子に
混合して濃厚流動化状態にある粉粒状コークスあるいは
チャーをガス化して水素および一酸化炭素あるいは一酸
化炭素を発生し、発生した熱エネルギーによって固体粒
子を加熱し、流動層１９を必要な高温すなわち８５０〜
１０５０℃に保つ。

ガス化塔からの発生ガスを例えはアンモニア合成に使用
する場合には生成ガス中に窒素を含有させて（窒素）／
（水素と一酸化炭素）の比を１／３にすることが要求さ
れるが、この場合には生成ガスが上記の値になるような
量の空気を上記のガス化媒、たとえば酸素と水蒸気の混
合ガス中に混入し、混合ガスを送入口１７，１７’およ
び１８゜１８′から流動層１９内に送入することができ
る。

ガス化塔Ｂの下部に設置する送入口１４、整流器１５、
送入口１６．１６’、送入口１７．１７’、送入口１８
．１８’の位置、数および形状は任意であり、第１図の
例に拘束されない。

ガス化塔Ｂの形状は任意であるが、その高さは最大内径
の２倍以上であることが必要である。

ガス化塔Ｂ内の流動層１９内で発生した水素と一酸化炭
素、あるいは一酸化炭素ガスは、未反応の水蒸気および
炭酸ガス、ガス化媒に空気を含有する場合には窒素ガス
と一緒に流動層１９の上部にあるフリーボード２０を経
て、ガス化塔Ｂの出口２１から塔外に去り、次の工程に
入る。

ガス化塔Ｂ内の流動層１９内で加熱された熱媒体粒子は
、ガス化塔の上部から導管２２に入り、主として自重に
よって下降して乾留塔Ａの底部に送入され、送入ロアお
よび整流器８を通じて送入されろ水蒸気によって乾留塔
Ａ内の内筒１０内を濃厚流動層状態で上方に輸送される
。

熱媒体粒子はこのように乾留塔Ａとガス化塔Ｂの間を濃
厚流動層−移動層一濃厚流動層一移動層という状態で循
環し、ガス化塔内の部分酸化型のガス化によって得られ
た熱エネルギーを乾留塔に運び込んで乾留塔の操作に必
要な熱エネルギーを供給する。

此の際ガス化塔内で熱媒体粒子と一緒に濃厚状態にある
コークスあるいはチャーの一部は熱媒体粒子と共に乾留
塔との間を循環し、熱媒体粒子の一部として機能する。

ガス化塔内の（入校重量）／（熱媒体粒子重量）の比は
０．４〜２．０の範囲が望ましく、通常は約１．０で行
なう。

ガス化塔Ｂ内の流動層１９の質量を一定に保つために流
動層１９を構成する熱媒体たる固体粒子とコークスある
いはチャーの混合物の一部を、ガス化塔Ｂの上部から導
管２３を通じて排出する。

排出される混合物中の熱媒体粒子は冷却後分離して例え
ば送入口２４からガス化塔内流動層１９に戻される。

送入口２４の位置はガス化塔Ｂに限定されず、ガス化塔
Ｂと乾留塔Ａ間の熱媒体粒子循環系内のどの場所でも差
支えない。

乾留塔Ａとガス化塔Ｂの上記のような循環系においては
、石炭類から生成するコークスあるいはチャーのガス化
は完全ではなく、成る程度の炭素分が灰分と共に導管２
３を経てガス化塔Ｂから排出されることはなる。

石炭類処理の目的によってはそのように炭素分が残って
も差支えない場合があるが、残留した炭素質をガス化し
て効率を上げることが必要であって、１個のガス化塔で
は不充分な場合には、例えば第１図の附属ガス化塔Ｃの
設置が有効である。

すなわちガス化塔Ｂの上部から導管２３を通じて排出さ
れる熱媒体粒子と灰分を多く含むコークスあるいはチャ
ーの混合物を第１図に示す附属ガス化塔Ｃの中にある流
動層３３に送入し、附属ガス化塔Ｃの下部に設置した送
入口２５ 、２５’１送入口２６ 、２６’、送入口２
７ 、２７’を経て送入される前記気体状ガス化媒によ
って温度８５０〜１２００°Ｃの温度範囲、空隙率０．
５〜０．８の濃厚流動層状態でガス化反応が行なわれる
。

此の際の送入口２５ 、２５’、送入口２６ 、２６’
、送入口２７．２７’の位置、数および形状は第１図の
ものに拘束されず任意に設定できる。

附属ガス化塔に送入するガス比奴は前記の如く、酸素と
水蒸気の混合ガス、酸素と水蒸気と炭酸ガスの混合ガス
あるいは酸素と炭酸ガスの混合ガスのいずれでもよく、
上記の送入口２５．２５’、２６．２６’、２７゜２７
′から全部同一組成のものを送入してもよく、あるいは
異る組成のものを送入してもよい。

さらにガス化反応生成物の使用目的を考慮して上記ガス
比奴のうち酸素ガスの全部もしくは一部を空気で代替使
用することもできる。

附属ガス化塔内濃厚流動層３３の中で充分ガス化反応が
行なわれ、炭素分が少くなった灰分は濃厚流動層３３の
底部に設置された排出口２８から連続的あるいは継続的
に排出されるが、此の際底部に送入口２９ 、２９’を
設けて水蒸気あるいは炭。

酸ガスを流動層３３の底部に送太し、排出されるべき灰
分および同伴する熱媒体粒子を冷却することができる。

附属ガス化塔Ｃ内流動層３３中で発生した水素−酸化炭
素は、未反応水蒸気、炭酸ガスおよび空。

気をガス比奴に使用する場合には窒素との混合ガスとな
り、附属ガス化塔Ｃ内の流動層３３の上部にあるフリー
ボード３０を経て附属ガス化塔Ｃの出口３１から塔外に
導かれ次の工程に入れられる。

流動層３３中の内容物は前記のように流動層底部の排出
口２８から排出されるが、その一部あるいは全部を附属
ガス化塔Ｃの上部に設置した排出管３２を経て塔外に排
出しても差支えない。

上記のように排出口２８あるいは排出管３２を経て排出
されるものは熱媒体粒子と炭素分含有量の少い入校の混
合物であるから、これらを排出後分離して熱媒体粒子を
例えばガス化塔に設置された送入口２４を通じてガス化
塔内流動層１９内に戻してもよい。

熱媒体粒子の送入口は第１図の例に限定されず、乾留塔
Ａとガス化塔Ｂ間の熱媒体循環系内であればどこでも差
支えない。

附属ガス化塔内流動層の構成は（入校重量）／（熱媒体
粒子重量）の比として０．２〜１．０の範囲にとるのが
望ましい。

第１図は本願発明の詳細な説明するためのものであって
、本願発明はこれに拘束されるものではない。

すなわち第１図の乾留塔Ａは本願発明を実現するための
１例であって、内筒１０は場合によっては撤去すること
ができ、例えば第２図の乾留塔Ａに示されるように内径
に比して層高の大きい単一流動層３４であってもよい。

また第３図の乾留塔Ａで示されるように例えば３５に示
される粉粒子捕集器をフリーボード１１内に設置するこ
ともできる。

ガス化塔Ｂについても同様であり、例えば第４図のガス
化塔Ｂのようにフリーボード２０内に粉粒子捕集器３６
を設置することができる。

また第１図におけるガス化塔Ｂと附属ガス化塔Ｃの機能
を一緒に果すために、第５図のようにガス化塔Ｂ内に仕
切板３７を設置し、流動層１９内の熱媒体粒子とコーク
スあるいはチャー粉粒の混合物を仕切板３７を越えて他
の流動層３８に移動させ、前述の第１図における附属ガ
ス化塔Ｃの場合と同様なガス化反応を行なわせることが
できる。

第５図において２５．２６は第１図に対応してガス比奴
の送入口、同様に２９は水蒸気あるいは炭酸ガスの送入
口、２８は熱媒体粒子とコークスあるいはチャー粉粒の
混合物の排出口であり、それらの位置、数および形状は
任意である。

熱媒体粒子とコークスあるいはチャー粉粒の混合物の一
部あるいは全部を、カス化塔Ｂの上方に設置した排出管
２３を通じて塔外に排出することができる。

流動層による石炭類の乾留、ガス化においては粉粒炭の
凝結が大きな問題であり、そのために炭種が大巾に制限
されている例が多い。

本発明の方法によれば原料である粉粒状石炭類を水蒸気
とともに激しく流動している熱媒体粒子の流れの中に分
散するので石炭類の種類に依らず分散させて乾留するこ
とが可能となり、原料面で大きなメリットとなる。

さらに石炭類の有する揮発分からは有用なタールおよび
高カロリーガスを濃厚状態で製造できるだけでなく、乾
留後のコークスあるいはチャーの大部分から水素と一酸
化炭素ガスを製造することができるので、石炭類を有効
に利用することができる。

設計例 添付の第１図と同じ構成の方法で、石炭を１日６０００
トンの割合で処理してタール、高カロリーガスおよび水
素、一酸化炭素混合ガスを製造する装置の設計例を示す
。

供給石炭性質 固定炭素３９．１％、揮発分４３，３％、灰分１２．７
％、湿分４．９％ 乾炭総発熱量６６９０に益／ｋｇ 石炭供給割合 ６０００ ｔｏｒｂ／ ｄ
ａｙ生成タール量 １４６０ ｔｔｐｎ／
ｄａｙ生成高カロリーガス量 ６４２． ＯＯＯＮ７
７１’／ ｄａｙ同上総発熱量 ７０６０
ｋｃａｔ／ Ｎｍ’生成水素および一酸化炭素ガス量 ７、０４０．０００ Ｎｒｒｌ／ ｄａｙうち水素３１
．４％、一酸化炭素５７．７％排出灰分
１０１０ｔｔｙｎ／ ｄａｙうち炭素分２３．１％
、無機質分７６．９％ガス化用の酸素送入量１．６９０
．０００ Ｎｍ ／ ｄａｙガス化用水蒸気送大量
３５８０ ｆｔｙｎ／ ｄａｙ乾留乾 留筒内径２．５ｍ、外側流動層内径３．６ｍ流動層高さ
２５ｍ 濃厚流動層温度６００℃ 圧力 １０気圧（絶対圧） 熱媒体粒子 石炭灰の焼結粒、平均粒径０．５ ｘｍガ
ス化基筒ら循環してくる熱媒体粒子温度９００°Ｃ 同上循環流量 ２６．７００ ｔｔｘＬ／ ｄａｙ流動
層温度 ６００°Ｃ 水蒸気送入温度 ４００℃ 石炭粒の流動層中平均滞留時間 ６ＷｌｉＲ循環のた
めの導管内径 １．４ｍ流動層の空隙率
０．６２ガス化塔 内径 ８．７ｍ 流動層高さ ２５ｍ 濃厚流動層温度 ９００°Ｃ 使用酸素流量 １．３４０．０００ Ｎｒｎ：／ ｄ
ａｙ使用水蒸気量 １７５０ ｔｔｙｎ／ ｄ
ａｙ） 水蒸気分解割合 ８０％ 流動層の空隙率 ０．６５ 圧力 １０気圧（絶対圧） 水蒸気送入温度 ４００℃ 流動層内粒子の組成 熱媒体粒子５０％、チャ１−５０
％ （チャー組成、灰分５０％、炭素分５０％）乾留塔へ送
入される熱媒体粒子循環流量 ２６、７００ ｔＤｒＬ／ ｄａｙ 附属ガス化塔への移送粒子中の熱媒体粒子’
２０２０ ｔｔｙｎ／ ｄａｙ熱媒
体粒子と一緒に附属ガス化塔へ移送される含炭素灰分
１５６０ ｔｔｙｎ／ ｄａｙ（そのうち５
０％が灰分、５０％が炭素分）附属ガス化塔 ・ 内径 ４．６ｍ高さ
２５ｍ 濃厚流動層温度 ９５０°Ｃ 使用酸素流量 ３５８．０００ Ｎｍ”／ ｄａｙ
使用水蒸気量 ４６８ ｔＤｒＬ／ ｄａｙ
□ 水蒸気分解割合 ８０％ 流動層の空隙率 ０．６４ 圧力 １０気圧（絶対圧） 水蒸気送入温度 ４００℃ 流動層の構成 熱媒体粒子６１％、灰分３ｏ％、炭素分
９％

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用する装置の構成例、第２図
および第３図は乾留塔の別の構成例、第４図および第５
図はガス化塔の別の構成例を示すものである。 Ａ・・・・・・乾留塔、Ｂ・・・・・・ガス化塔、１，
１９・・・・・・濃厚流動層、１３ 、２２ 、２３・
・・・・・導管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれ平均粒径０．１〜５朋の固体粒子からなり
   、高さが最大内径の２倍以上である濃厚流動層を構成す
   る乾留塔とガス化塔の間で、各基の上部と各他塔の下部
   をそれぞれ導管で連絡して、各流動層の上部から該固体
   粒子を自重により該各導管内を移動させ、二基間を循環
   しうるようにした系において、平均粒径を０．１〜５朋
   に調整した粉粒状石炭を該乾留塔下部に供給し、水蒸気
   により該流動層内を上方に揚送しながら該固体粒子と接
   触せしめ５００〜９００°Ｃで乾留反応を行わせ、一方
   、反応生成物のコークスあるいはチャーを該固体粒子と
   共に導管を経て前記ガス化塔下部に移動させ、該ガス化
   塔において、酸素と水蒸気、酸素と炭酸ガス、あるいは
   酸素と水蒸気と炭酸ガスとの混合ガスを送入して、該コ
   ークスあるいはチャーをガス化するとともに固体粒子を
   ８５０〜１０５０°Ｃに加熱して、前記乾留反応に供す
   ることを特徴とする粉粒状石炭類の乾留ガス化方法。