JPS5832196B2 - 石炭類のガス化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭類のガス化方法に係り、特に石炭と石油
系重質油を、スチームと酸素含有ガスを用いて部分酸化
法によってガス化する方法に関するものである。

石炭は炭素、水素、酸素を含む有機質の固体で世界的に
広範囲に分散して分布し、化石燃料の最大の埋蔵量を占
めるため、石油高価格時代に入った現在、その利用が見
直されている。

しかし、今後は石炭を、取扱いを容易にし、かつ環境保
全にかなった形態のエネルギーに変換する必要がある。

その変換技術のうち、ガス化は、燃料ガス、合成原料ガ
スあるいはガス化発電等の広い用途があるため、特に重
要である。

石炭類のガス化には、ガス化剤として空気と少量のスチ
ーム、酸素とスチーム、水素等を使う方法が知られてい
る。

水素の場合には、ガス化の残渣チャーをスチームと酸素
でガス化して発生させるため、もともとのガス化剤はス
チームと酸素ということになる。

一方、ガス化反応の方式として固定床、流動床、噴流床
、溶融床などが知られているが、流動床を用いる方法は
、固定床の欠点である粉炭の使用が可能であるほか、炉
内の温度分布が均一になりやすく、大量生産に適してい
る。

流動床方式では、ガス化炉内に供給された粒子は流動化
ガスとしても働らく、ガス化剤により流動化させられる
ため、粒子同志が混合しあい、ガス化炉内の温度は比較
的均一であるが、ガス化剤の吹込み口、すなわち、例え
ば分散板の直上では、ガス化剤中の酸素により流動化粒
子が急激に燃焼するため、その付近で特に温度が上昇し
て灰分が溶融し、安定な運転が阻害されるという欠点が
ある。

実験例によれば、第１図は、石炭ガス化炉内最高温度と
ガス化剤組成（Ｈ２０１０２）との関係を示すが、ガス
化剤として３００℃に過熱したスチ−ムと酸素を供給し
た場合には、ガス圧１０に９／ｃｒＡＧおよび５ ｋｇ
／ｃｒＡＧに対応して、それぞれ曲線１および２の関係
が得られ、また灰分溶融領域は斜線部分（約１２００℃
以上）で示される。

図において、ガス化剤中の酸素濃度を１９容量％以上（
Ｈ２Ｏ１０２＜２．４ ）にすると、石炭中の灰分が溶
融して、いわゆるスラップを形成し、流動層下部のガス
化剤吹き込み口付近に灰分の塊、あるいは層が形成され
、下方からの灰分粒子の抜き出しが困難となり、流動層
の安定な運動が不可能となった。

しかも、この現象は高圧になるほど顕著になる。

上述のように、流動床方式では灰分の溶融が起コルと安
定な運転が不可能となるため、これを防止するような対
策が必要になる。

例えば、分散板の直上部の酸素濃度を少量のスチームを
添加して１５〜６％、通常は１０％程度に調整する対策
がとられている。

このスチームは、上記のような作用のみならず、流動層
中のチャーと次のような反応をして、−酸化炭素（ＣＯ
）や水素（Ｈ２）のような有用なガスを発生させる源と
しても役立つ。

Ｃ→−Ｈ２０−）ＣＯ＋Ｈ２−３１，４Ｋｃａｌ ／ｍ
ｏｌまた、上記反応は、激しい吸熱反応のため、ガス化
炉内の温度上昇防止にも役立っている。

上述のように、流動層下の石炭類のガス化に際しては、
スチームの役割が極めて重要であるが、スチームは上記
したように、ガス化炉の温度上昇、灰分溶融等を防止す
るために、一般にはかなり過剰に添加される。

例えば、酸素とスチームをガス化剤とする場合には原料
石炭１を当りのスチーム供給量は約１．２ ｔ −１，
６ｔにも達し、これらの６０〜８０％は未反応スチーム
として生成ガスの冷却・精製工程で回収する必要がある
。

すなわち、処理する石炭の量に匹敵する量の排水を処理
しなげればならず、環境対策としての排水処理が重要な
ウェイトを占めることになる。

しかも、それらの排水にはＣ０Ｄ（化学的酸素要求量）
成分やフェノール、アンモニア、シアン、金属等、多様
す成分が比較的高濃度で含まれているので、排水の処理
方法の確立なしには石炭のガス化の使用化がありえない
といっても過言ではない。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、石炭類
の流動床方式によるガス化における灰分の溶融を防止し
、かつガス化剤としてのスチームの供給量を可及的に少
なくし、排水処理を出来る限り軽減することができる石
炭類のガス化方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、流動層反応炉に、
石炭類と、酸素、空気およびスチームから選ばれた一種
以上のガス化剤とを供給し、該反応炉内でこれらを接触
反応せしめて前記石炭類をガス化する方法において、前
記ガス化剤とともに液状の水を前記反応炉内に供給する
ことを特徴とするものである。

本発明において、原料としての石炭類としては、石炭単
独、石炭と石油類、特に重質油との混合物が好ましく用
いられる。

また、ガス化剤としては、酸素、空気およびスチームか
ら選ばれた一種、またはこれら二種以上を混合したガス
が用いられる。

上記ガス化剤とともに供給される液状の水としては、特
に清浄水である必要はなく、生成ガスの凝縮水または凝
縮タールを含む凝縮水も使用可能である。

すなわち、従来のように水分を全部スチームとして送る
場合には、スチーム源とする水の性状が限定されるが、
水として送る場合には理論的にはいかなる性状のもので
もガス化炉に供給することができる。

そのため、一度ガス化して、冷却工程で得られる各種ガ
ス化不純物を含む水の使用も可能になり、また、スチー
ム化するために必要なエネルギーを節減することができ
る。

水の供給は、ガス化反応炉内、特に高温発生領域に、例
えばノズルまたはパイプグリッドの手段により均一に行
なうことが好ましい。

また水とガス化剤を別々に供給した場合には、ガス化剤
（例えば酸素）の噴出口付近で灰分を含むチャーが激し
く燃焼して灰分が溶融することがあるので、これらは同
時供給することがのぞましい。

なお、流動層でよく用いられる分散板は、通常、省略す
ることができる。

水と酸素の比率は、第１図の３に示す実験例（１００℃
の水使用）から明らかなようにＨ２Ｏ１０２（ｋｇ／に
９） ＞ ｏ、 ５ であればよい。

水の量が少な過ぎると、やはり灰分が溶融しやすい傾向
が認められるが、スチームにして供給する場合に比べれ
ばはるかに少ない量でも灰分を溶融させないことが明ら
かである。

これは、水がスチームになる際に約５４０ ｃａｌ １
５’の蒸発熱で吸収するため、燃焼するチャーの温度上
昇が抑制されるためである。

上記のように流動反応炉内に水を直接導入し、スチーム
の添加量を少なくしたことにより、灰分の溶融を防止す
るとともに、排水量を減少させ、また部分酸化ゾーンか
らの生成ガスは、次式に示すような平衡組成ガスが得や
すくなるため、原料のカーボン分の二酸化炭素（ＣＯ２
）としての損失分を少なくすることができる。

以下、本発明を第２図のフローシートにより、さらに具
体的に説明する。

図において、ガス化用原料はライン６からガス化炉４中
の流動層５に供給される。

ガス化剤は、ライン１かものリサイクル水とライン８か
ら新たに補充される水とともに、ライン９からの酸素と
ライン内で混合されるか、または、吹込みノズル１０の
先端で混合、噴霧化され、流動層５の下部に供給される
。

これらはガス化剤としてのみならず、流動化ガス源とな
る。

生成ガスは、ガス化炉の塔頂に連結されたライン１２を
出てサイクロン１３でダストを回収された後、クラエン
チャ１４にてスチームが凝縮され、分離される。

その後、精製工程１８で硫化水素や炭酸ガスが除去され
、クリーン燃料ガス２０を得、またライン１６からＣＯ
２、ＮＨ３等が排出される。

クラエンチャ１４では、スチームの他にタールも凝縮さ
れるので、これを凝縮液受液１５内で分離し、ライン１
６を経て回収する。

タールを分離した後の凝縮水中には、ＣＯＤ成分、フェ
ノール、アンモニア等が含まれているが、これはそのま
まガス化炉にリサイクルすることにより、再びガス化さ
れる。

ガス化炉に吹き込まれる水は、スチームとなって上方に
行くほど体積を増すように、ガス化炉の下部構造は上方
に広がるコーン型とすることが望ましく、また水は、１
ケ所から供給すると流動化状態が不均一になるので、ノ
ズルの供給口は軸方向に多段とし、周方向も数ケ所から
分割して供給することが望ましい。

また、吹込みノズルは、水の分散をよくするために噴霧
化良好のものを選定することが好ましく、例えば、２流
体ノズルを用いて酸素により水の噴霧化を促進させる方
法が適している。

以下、本発明を実施例および比較例よりさらに詳細に説
明する。

実施例 ｌ 第２図に示した流動層ガス化炉内に石炭と重質油をスラ
リー状態で供給し、該スラリーの熱分解により生成した
チャーが流動化しつつ、部分酸化によりガス化、加熱さ
れている炉内に水と酸素を吹き込んで原料のガス化を行
なった。

条件は次のとおりである。

水（循環水＋新規添加水）／原料：０．６ｋｇ／ｋｇ酸
素／原料： ０．５８ ｋｇＡ９ 圧カニ １ｏｋｇ／ｃｄＧ 原料としては、燃料比的０．９、灰分含有量１４．１％
、発熱量的６５８０Ｋｃａｌの太平洋炭と、沸点５５０
℃以上、アスファルテン１０．４％、Ｖ、Ｎｉのような
重金属約４００ を含むガツチサラｐｍ ン減圧残渣油を３０／７０の重量比で混合したスラリー
を用いた。

定常運転時のガス化炉内温度は、流動層上部のスラリー
熱分解ゾーン（すなわちスラリー供給口より上部）が約
７４５℃、それ以下のチャ一部分酸化ゾーンは平均９３
０℃、最高１０２０℃であった。

運転時にライン１１かも抜き出される灰分は、未燃カー
ボンを８〜１７％含有するが、流動層内の灰分の融着は
まったく認められなかった。

このときの生成ガス組成と発熱量は次表のようであった
。

原料の発熱量を規準とした生成ガスの総発熱量、すなわ
ちガス化効率は約７２％であった。

なお、クラエンチャ−１４で回収されるスチーム量は約
０．４３ ｋｇ ７ｋｇ・原料であった。

したがって、これらをすべてリサイクルする以外に、約
０、１６ ｋｇ／ｋｇ・原料の水をライン８から補充す
る必要があるが、この補充分はガス化炉中で次のように
反応して、生成ガス中の有効成分であるＨ２やＣＯとし
て回収される。

比較例 上記実施例と同一条件で、水を過熱、スチームとして、
０．６ ｋｇ７ｋｇ・原料の割合で供給した場合には、
ガス化炉内流動層の最高温度は１２３０℃まで上昇し、
灰分が溶融して、運転開始後まもなく流動層の安定な操
業が不可能となった。

そこで、スチームをどの程度供給すれば灰分溶融が防止
できるかを調べた結果、１．、４５ ｋｇ ／に９原料
のスチームを必要とすることが明らかになり、その時の
凝縮水量は１．１３に９／に９原料であった。

これらは、スチームとして再利用できず、全量を排水処
理しなげればならないので、コスト的にも極めて不利に
なる。

上記実施例は、石炭・重質油混合原料のガス化について
示したものであるが、石炭単独の高カロリーガス化、あ
るいは、空気とスチームによるガス化に際しても同様に
実施することができる。

実施例 ２ 第２図に示した装置系統を用い、太平洋炭をライン６か
ら供給し、以下の条件でガス化した。

水（循環水＋新規添加水）／原料： ０．５５ ｋｇＡ
ｇ酸素／原料： ０．４３ ｋｇ７に９ 圧カニ ５ ｋｇ７’ａＡＧ この際の流動層内温度は熱分解ゾーン７９０ ”Ｃ１部
分酸化ゾーン９７０℃（最高９９０ ℃）で、生成ガス
は粗ガスペースでＨ２１９，２、ＣＯ２２，３、ＣＯ２
３０，７、ＣＨ，２４，８その他約３容量％であった。

比較例 ２ 実施例２において、水の代りにスチームを供給した場合
には、その量を１．３８ｋｇ／ｋｇ・原料以上にしない
と、灰分は溶融することが認められた。

また、そのときのガス組成は、Ｈ２２０，８、ｃ。

１５．１ 、ＣＯ２３７，５、ＣＨ４２３，７、その他
３．０容量％であり、実施例２の結果と比較して多少増
えているが、ＣＯがかなり低下し、ＣＯ２が増大してい
ることが明らかである。

また、このときの排水は、１．１ｋｇ／ｋｇ・原料に達
し、原料炭とほぼ同量の排水を処理する必要がある。

さらに、石炭を空気とスチームでガス化する場合におい
ても、水の状態で供給すれば、スチームの場合の１／２
〜２／３の量で安定にガス化することができる。

以上の実施例は、凝縮液受器中の水層のみをガス化炉に
リサイクルする方法について記載したが、凝縮するター
ル状物質やダストを分離することなく、これを水と共に
ガス化炉にリサイクルすることも可能である。

この方法は、タールを再度ガス化するため、ガス収率の
向上に寄与し、また、排水の処理のみならずタール・ダ
ストの分離工程も不要にすることができる。

例えば、石炭、重質油混合原料を実施例１と同様な条件
でガス化すると原料に対するタールの収量は約１２．８
％であったが、これをガス化炉に凝縮水といっしょにリ
サイクルさせることによ・す、メタン収率を２０．８％
から２３．３％に向上させることができる。

以上、本発明によれば、石炭類の流動層におけるガス化
において、流動部分の酸化時に起こりがちな灰分の溶融
、凝集によるトラブルを防止することができ、また、ス
チームをガス化剤として用いた場合の排水量を軽減し、
さらに排水をガス化炉にリサイクルする場合には、排水
処理工程が不要となり、さらにタールやダストを同時に
リサイクルすれば、メタン等のガス燃料の取得率を向上
させることができ、また、凝縮物中のタール・ダストと
排水との分離工程も不要とすることができる。

上述のように、本発明によれば、ガス化における副産物
の低減、プロセスのクローズド化、ガス化率の向上等の
多くの利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、水またはスチームと酸素の混合ガスを用いて
石炭を流動化しつつ燃焼させたときの流動層内の最高温
度と灰分溶融限界との関係を示す図、第２図は、本発明
の実施例を示す装置系統図である。 ４・・・・・・ガス化炉、５・・・−・−流動層、６・
・−・・・原料供給ライン、Ｉ・・・・・−凝縮水循環
ライン、８・−・・・・水供給ライン、９・−・・・酸
素供給ライン、１０・・−・・・ガス化剤噴霧ノズル、
１２・・・・・−生成ガスライン、１４・・−・・・ク
ラエンチャ、１５・・・−・・凝縮液タンク、１８・・
・・・・精製塔、２０・・−・・−精製燃料ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動層反応炉に、石炭類と酸素、空気およびスチー
   ムから選ばれた一種以上のガス化剤とを供給し、該反応
   炉内でこれらを接触反応せしめて前記石炭類をガス化す
   る方法において、前記ガス化剤とともに液状の水を前記
   反応炉内に供給することを特徴とする石炭類のガス化方
   法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記水が、前記反
   応によって得られた生成ガスの凝縮水を含むことを特徴
   とする石炭類のガス化方法４．３ 特許請求の範囲第１
   項において、前記水が、前記反応によって得られた生成
   ガスの凝縮水および凝縮タールを含むことを特徴とする
   石炭類のガス化方法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記反応炉内への
   水の供給が噴霧状態で行なわれることを特徴とする石炭
   類のガス化方法。