JPS5921915B2 - 水添ガス化法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に言えば、石炭の如き炭素質固形物か
らメタンガスを製造する方法に関する。

特に、本発明は、水素を炭素と反応させてメタンを生成
する水添ガス化（ｈｙｄｒｏｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
）反応を包含するガス化法に関する。本発明は、揮発性
分を含有する炭素質原料固形物を少なくとも最低水添ガ
ス化温度に迅速に加熱すること、並びに固形物滞留時間
を原料固形物のデボラチリゼーシヨンに且つ炭素質原料
固形物中の炭素の予め定めた少部分のメタン転化に必要
とされるだけの時間に制限するように設計されたトラン
スファーライン水添ガス化反応滞域に前記原料固形物及
び水素含有ガスを並流的に通すことと要約することがで
きる。

多くて、固形物滞留時間は約２０秒である。迅速な加熱
は、原料固形物を最低ガス化温度よりも高い温度を有す
る熱い固形物と接触させることによつて提供される。本
明細書における用語゛デボラチリゼーシヨン（ｄｅｖｏ
ｌａｔｉｌｉ２ａｔｉｏｎ）’’は、石炭及び他の炭素
質固形物から揮発性分の一部分を除去することを意味す
る。

また、用語゛トランスファーライン（ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｌｉｎｅ）’’は、移送管型を意味する。従来の水添ガ
ス化法とは違つて、本発明は、上記炭素質原料固形物を
少なくとも最低水添ガス化温度に加熱するための主要熱
源として作用させるために最低水添ガス化温度よりも高
い温度を有する細分化した固形物を利用するものである
。また、従来の水添ガス化法とは違つて、本発明では、
炭素質原料固形物の加熱、デボラチリゼーシヨン及び水
添ガス化は、固形物滞留時間を原料固形物のデボラチリ
ゼーシヨンに且つ新鮮な炭素質原料固形物中の炭素の予
め定めた少部分（５０モル？まで）のメタン転化に必要
なだけの時間に制限するガス一固体並流式トランスフア
ーライン水添ガス化帯域において炭素質原料固形物及び
熱源固形物の両方の希薄懸濁相中で行なわれる。更に、
本発明は、水添ガス化反応において炭素と反応してメタ
ンを生成するように適応されたガス状媒体中に最低水添
ガス化温度よりも高い温度を有する熱い細分化した固形
物を揮発性炭化水素質分を含有する細分化した炭素質原
料固形物と共に希薄相で懸濁させ、この場合に、前記ガ
ス状媒体中の炭素質原料固形物を少なくとも最低水添ガ
ス化温度に加熱するのに十分な前記熱い固形物が該原料
固形物と共に懸濁されるようにすることを包含する連続
法であり、しかも、固形物の滞留時間を炭素質原料固形
物のデボラチリゼーシヨンに ＝且つ炭素質原料固形物
中の炭素の予め定められた少部分のメタン転化にだけ必
要とされる期間に制限するように固形物通過速度と相関
された長さを有するトランスフアーライン水添ガス化帯
域に上記の希薄相状態の懸濁された固形物をガス状媒体
５と実質上並流的に通すことによつて継続する方法と
概略的に記載することができる。次いで、トランスフア
ーライン水添ガス化帯域から出るガス状混合物は、メタ
ンに富むガスとして回収される。全く好適には、トラン
スフアーライン水添ガス化帯域における炭素質原料固形
物及び熱源固形物の滞留時間は、約１〜約２０秒の範囲
内、通常有益には１５秒以下そしてより好ましい反応条
件では１０秒以下である。特定の炭素質原料固形物、ト
ランスフアーライン水添ガス化帯域の出口温度の高さ及
び前記帯域における水素分圧の高さに依存して、この短
力か固形物滞留時間は、炭素質原料固形物中の炭素の５
０モル％程のメタン転化を達成するのに好適である。好
ましい操作範囲では、′炭素質原料固形物中の炭素のメ
タン転化率は約５〜約４０モル？典型的には約１０〜約
２５モル％である。

好ましい条件下では、トランスフアーライン水添ガス化
帯域からのガス状生成物は、典型的には、約５〜約２０
モル７０のメタンを含有する。

このガスは、典型的には周知の転換、ＣＯ２及びＨ２Ｓ
除去並びに接触メタン化の各工程を用いることによつて
約９００〜約１，０００Ｂｔｕ／ＳＣＦの発熱量を有す
る合成パイプラインガスに適当にグレードアツプさせる
ことができる。別法として、この生成ガスは、典型的に
はＨ２Ｓ除去工程だけを用いることによつて約３５０〜
約５００Ｂｔｕ／ＳＣＦの発熱量を有する純燃料ガスに
グレードアツプさせることができる。トランスフアーラ
イン水添ガス化帯域における他の水添ガス化条件は、好
適には、約１，５００〜約２，０００′Ｆの熱固形物流
入温度を包含する。

炭素質原料固形物の流入温度は約０〜約５００′Ｆであ
つてよい。トランスフアーライン水添ガス化反応器の流
出温度は約１，２００〜約１，８００下であり、そして
流出圧は約４０〜約１，０００ｐｓｉａである。熱い固
形物対炭素質原料固形物の重量比は約３〜約２０１ｂ／
１ｂである。好ましくは、ガス状媒体は水添ガス化器入
口において約１，５００〜約２，０００′Ｆの温度並び
に流出温度及び圧において約２０〜約１００ｆｔ／秒の
ガス空塔速度を有する。本発明の水添ガス化法に対して
好ましい炭素質原料固形物は歴青炭、亜歴青炭、亜炭又
は褐炭の如き石炭である。

上記の炭素質原料固形物を加熱するための熱源として用
いられる細分化した固形物は、水添ガス化帯域に存在す
る条件下で固体状態にあるとして特徴づけられる。

所望ならば、固形物は水素添加及びハイドロクラツキン
グを促進するための触媒活性を有することができる。そ
れは、カルシウム、バリウム又はストロンチウムの酸化
物の如き第族の金属の酸化物であつてよい。しかしなが
ら、好ましくは、それは炭素質原料固形物から誘導され
る炭素質チヤ一（Ｃｈａｒ）である。トランスフアーラ
イン反応帯域において固形物を懸濁させ且つ炭素質原料
固形物を水添ガス化するのに使用されるガス状媒体は純
分子状水素であつてよいが、しかし好ましくはそれは、
操作経済性の理由で、ガス化条件下での炭素とスチーム
との反応時に得られる水素及び炭素酸化物を含む合成ガ
スであるのが有益である。

本発明の好ましい具体例では、トランスフアーライン水
添ガス化反応器は合成ガスを発生させるための流動床式
スチーム／チヤ一反応器と連結され、そして細分化した
石炭原料固形物はスチーム／チヤ一反応器の流動床から
引出される熱い炭固形物と共に懸濁させる。

固形物は、スチーム／チヤ一反応器から別個に引出され
る熱い合成ガスによつてトランスフアーライン水添ガス
化帯域に希薄相状態で移送される。流動床式スチーム／
チヤ一反応器は、約１，５００〜約２，００『Ｆの範囲
内の温度及び約５０〜約１，０００ｐｓｉａの範囲内の
温度で操作される。かくして、流動床式反応器から引出
されるチヤ一固形物及び合成ガスは、約１，５００〜約
２，００００Ｆの範囲内の温度を有する。流動床式反応
器からのチヤ一固形物は合成ガスよりも大きい熱容量を
有するために、トランスフアーライン水添ガス化器に移
送される原料石炭固形物は、トランスフアーライン中に
存在する流れ条件下に並流的に移送される熱いチヤ一と
接触させることによつて主として加熱される。加熱され
た石炭は石炭のデボラチリゼーシヨンを受け、そして原
料石炭中の反応性の新鮮な炭素は合成ガス中の水素と急
速に反応してメタンを生成する。生成したガスはトラン
スフアーライン水添ガス化器から回収され、そして残留
石炭固形物及びチヤ一固形物は流動床式スチーム／チヤ
一反応器に送給されるＯ好ましい具体例のスチーム／チ
ヤ一反応器に対しては、高度に分割した固形物を上流す
るガス状反応物質（こ＼では過熱スチームを包含する）
によつて流動される稠密な乱流体の形態に維持して沸騰
液の水圧及び流体力学特性を模擬するような流体固形物
技術が使用される。

この技術は、特に連続操作において特別な利益を有する
。と云うのは、それは、固定床又は移動床を使用したと
きに生じるよりも大きな固体反応表面、良好な混合、大
きく改善された温度制御及び一般的に高い水素収率を提
供するからである。更に、それは固形物の取扱いを容易
にする。と云うのは、それらは液体の使用と同様の態様
で処理できるからである。また、これによつて、粒子状
固形物は、あたかも液体のように取出してトランスフア
ーライン水添ガス化反応器に運ぶことができる。スチー
ム／チヤ一流動床式反応器（これは、約１，５００〜約
２，００００Ｐの操作温度を必要とする）に所望温度を
維持するのに必要とされる熱は、合成ガス発生の技術に
知られる任意の態様で供給することができる。

例えば、スチーム／チヤ一反応帯域には、その帯域内で
の部分燃焼によつて合成ガス生成のスチーム／チヤ一反
応が必要とする熱を発生させるのに十分な酸化用ガスを
供給することができる。しかしながら、好ましくは、固
体炭素質ガス化残留物を別個の燃焼帯域において空気と
共に燃焼させ、そしてこの燃焼帯域からの高度に加熱し
た燃焼残留物をスチーム／チヤ一反応器帯域に循環させ
ることによつて必要な熱を熱い固形物の感熱として供給
することができる。後者の方法は、不燃性流体ガスによ
る生成ガスの希釈化を回避するという利益を有する。本
発明を一般的に記載したけれども、本発明は、その好ま
しい具体例の検討から更に深く理解されよう。

このために、本発明の好ましい具体例を実施することの
できる手段を概略的に例示する添付図面を以下に説明す
ることにする。添付図面を詳細に説明すると、参照数字
１０はトランスフアーライン水添ガス化帯域を示し、そ
して参照数字１１は合成ガス発生帯域を示す。

本法を操作するに当つて、歴青炭又は低品質石炭供給原
料（これは通常の大気温度であつてよい）は、ホツパ１
３から管１４に次いで管１６を経てトランスフアーライ
ン水添ガス化帯域１０に送給される。例示されるように
、原料石炭は、管１５から循環する熱いチヤ一（Ｃｈａ
ｒ）と混合状態で帯域１０に導入されるのが好適である
。しかしながら、熱いチヤ一及び原料石炭は、トランス
フアーライン水添ガス化帯域１０の低部に別個に導入す
ることができる。８メツシユ又はそれよりも小さい粒度
に予め粉砕された原料石炭が細分化される。

これから説明しようとする装置系は大気圧より高い圧力
下に操作されるので、石炭を供給する際にはいくらかの
適当な手段を用いなければならない。かくして、ホツパ
１３は石炭を大気圧で受取つて系圧（又はそれより僅か
に高い）への圧縮を受け、しかる後にその石炭内容物は
管１４によつてトランスフアーライン水添ガス化帯域１
０に放出され得る。ロツク又は圧縮ホツパの代わりに、
連続して作動する複数の通気管柱によつて石炭を系圧に
することができる。細分化された原料石炭は、合成ガス
発生帯域１１にあるチヤ一の流動床から管１５によつて
引出される粒子状炭固形物と組合さつてトランスフアー
ライン水添ガス化帯域１０の底部で懸濁体にされる。

この懸濁体は、合成ガス発生帯域１１から取出されて管
１７によつてトランスフアーライン水添ガス化帯域１０
の底部に運ばれる合成ガス中に細分化石炭固形物及びチ
ヤ一を連行させることによつて形成される。循環される
熱いチヤ一及び熱い合成ガスはトランスフアーライン水
添ガス化帯域に熱を提供するが、この場合にチヤ一循環
速度対石炭供給速度の比率は、循環される熱いチヤ一が
トランスフアーラインにおける主要熱源であるように選
定される。

好ましくは、チヤ一循環速度対石炭供給速度の比率は１
１ｂ当り約３〜約２０１ｂである。循環される熱いチヤ
一対石炭供給速度の比率は、トランスフアーライン水添
ガス化帯域１０から約１，２００Ｔ〜約１，８００ガＦ
の出口温度を提供するように熱い合成ガスの供給速度と
相関される。トランスフアーライン水添ガス化帯域１０
では、原料石炭はデボラチリゼーシヨンしそして原料石
炭中の新鮮な反応性炭素は合成ガス中の水素と反応して
メタンを生成する。トランスフアーライン水添ガス化帯
域１０の長さ及びか＼る帯域を通る固形物速度は帯域に
おける固形物滞留を多くて２０秒、最も好ましくは１０
秒以下に適当に限定するように相関され、そしてか＼る
滞留時間に対して温度及び水素分圧は好ましくは原料石
炭中の炭素の約４０モル％までそして典型的には約２５
モル７０までメタンに転化させるように選定される。次
いで、トランスフアーライン水添ガス化帯域１０からの
懸濁体は固体−ガス分離装置１８に送給される。

この分離装置１８は、例えば、１個以上の遠心分離器で
あつてよい。分離装置１８では、トランスフアーライン
水添ガス化帯域から得られるガス状混合物から固形物が
分離される。次いで、固形物は、浸脚管１９によつて合
成ガス発生帯１１であるスチーム／チヤ一反応器のチヤ
一の流動床に運ばれる。スチーム／チヤ一反応器１１の
炭素質材料は、過熱スチームを含めて炭素質材料と反応
して水素及び炭素酸化物を生成する上流ガス状物質の空
塔速度を制御することによつて普通の態様で流動体にさ
れる。炭素質材料の流動化を引起こすガス状物質のガス
速度は、約０．２〜約２ｆＶ／ｌ！）の範囲内である。
通常、反応帯域に入るガスの良好な分配を提供するため
に反応器にはスクリーン又は格子の如きガス分配手段（
図示せず）が備えられる。反応帯域における空塔速度（
容器中に固形物が全くないと仮定して容器入口において
計算した速度）及び炭素質材料の量に依存して、床は記
号Ｌにおいて上方稠密相レベルを有し、そして記号Ｌの
上方にはガス中における固形物の希薄懸濁相が存在する
。好ましくは、流動床からチヤ一固形物の一部分を管２
０によつて引出しそしてか＼る粒子を燃焼帯域好ましく
はトランスフアーラインバーナ一２１に送給することに
よつて合成ガス製造のスチーム／チヤ一吸熱反応に対し
て熱が供給される。

細分化した炭素質固形物は、管２２によつてトランスフ
アーラインバーナ一２１の底部に供給される酸化用ガス
好ましくは空気によつて希薄相中に懸濁される。この希
薄懸濁体は、細長いトランスフアーラインバーナ一導管
を．搏速な速度で流通する。トランスフアーラインバー
ナ一２１の機能は、燃焼反応で消費される炭素の量に対
して最大量の熱を得るように炭素質材料の一部分を優先
的にＣＯ２に燃焼させることである。燃焼ガス及び未燃
焼チヤ一固形物はＣＯ２がある程度までＣＯに還元され
る機会が存在する前にトランスフアーラインバーナ一２
１から引出され、それ故にこの時間要素はこの技術の重
要な特徴である。次いで、懸濁体は固体ガス分離装置２
３に送給される。

この分離装置２３は、例えば、固形物が燃焼ガスから分
離され次いで浸脚管２４によつて運ばれてスチーム／チ
ヤ一反応器１１の炭素質固形物の流動体へと戻されると
ころの１つ以上の遠心分離器であつてよい。通常、管２
５の煙道ガスによつて原料石炭中の灰の全部又は実質的
部分がいくらかのチヤ一微粉と共に系から運ばれる。灰
及びチヤ一微粉は、例えば湿式スクラツパ一及び（又は
）追加的な遠心分離器を用いて廃棄のために煙道ガスか
ら回収することができる。灰のバランスを維持するのが
必要ならば、チヤ一取出し管（図示せず）によつて流動
床１１からチヤーを直接パージングすることができる。
バーナーと流勧床式反応器との間の循環速度は、流動床
式反応器で生じる吸熱反応を維持するのに十分なだけ高
い速度に定められる。

バーナーから流動床式反応器に供給される熱い固形物の
量は、流動床式反応器におけるスチーム転化度及び炭素
質固形物滞留時間に左右される。典型的には、諸条件は
、トランスフアーラインバーナ−２１からの固形物の出
口温度が流動床スチーム／チヤー反応器で一般的な温度
よりも約２０００高いように調節される〇通常の如く、
トランスフアーライン１５及び２０には、トランスフア
ー管において固形物を平滑に流動させる目的で流動化用
ガス（スチームの如き）を導入することのできるガスタ
ツプ（図示せず）が備えられる。

流動床スチーム／チヤー反応器１１及びトランスフアー
ライン水添ガス帯域１０に対する操作条件を選定するに
当つては、原料石炭の品質、生成物ガスの所望の移送圧
及び種々の経済上の因子の如き幾つかの因子がしばしば
考慮される。

一般的に言つて、流動床式反応器１１における所定の圧
力、温度及びスチーム速度では、高品質石炭からの炭素
質残留物（チヤー）は、同じガス化速度（ｌｙガス化ｈ
ｒによつて測定）を達成するためにはより多くのチヤー
固形物ホールドアツプを必要とする。スチーム速度及び
反応器固形物ホールドアツプを経済的な範囲内に保つた
めには、流動床式反応器の圧力及び温度特に後者は典型
的には高品質の石炭原料程高い。流動床式反応器から流
出する合成ガスはトランスフアーライン水添ガス化帯域
の底部に直接流入するので、２つの容器内の全圧は同じ
である。

同様に、トランスフアーライン水添ガス化帯域内の水素
分圧は、流動床式反応器から流出する合成ガス中の水素
含量によつて決定される。かくして、トランスフアーラ
イン水添ガス化帯域の水素分圧は、流動床式反応器の全
圧又はスチーム転化（後者は、流動床における固形物滞
留時間及び他の条件に関係する）を高めることによつて
高くすることができる。所望の最終生成物ガス移送圧は
流動床式反応器の圧力を降下させる役割を果すことがで
きるけれども、トランスフアーライン水添ガス化帯域よ
り下流のガスグレードアツプ用トレ１ンには圧縮又は膨
脹工程がしばしば含まれる。トランスフアーライン水添
ガス化滞域への入熱の主な源は、流動床式反応器からの
循環するチヤー流れである。それ故に、トランスフアー
ライン水添ガス化帯域の温度は、チヤー循環速度又は流
動床式反応器温度を高めることによつて向上できる。流
動床式ガス化帯域に対して好適な温度の範囲の上限は、
トランスフアーラインバーナーの出口におけるチヤーの
アツシユ融解温度には接近させないで流動床式反応器と
トランスフアーラインバーナーの出口との間の予定の温
度上昇（トランスフアーラインバーナーへのチヤー循環
速度を適度の範囲内に保つには典型的には約１５０〜３
００′Ｆ）を可能にするように通常設定される。スチー
ム／チヤー吸熱反応及び原料石炭の加熱のための熱が上
記の如くトランスフアーラインバーナーを経て循環され
るチヤーの燃焼によつて提供されるところの系の流動床
式反応器及びトランスフアーライン水添ガス化帯域にお
ける操作条件を以下の第１表に記載する。スチーム／炭
素反応及び固体炭素質原料加熱のために熱を供給する上
記の基本的なトランスフアーラインバーナ一法では、ト
ランスフアーラインバーナ一におけるチヤ一の連続循環
は段階式遠心分離器の如き従来のガス一固体分離器によ
つて流出ガスから回収するのが困難な多量の極めて小さ
いチヤ一微粉（約４４ミクロン以下）を生じる可能性が
ある。

それ故に、本発明の１つの具体例は、微粉が極端に小さ
くなる前にそれらをガス一固体分離器から収集すること
及びか＼る微粉を２つの別法のうち１つで使用して系に
対する熱を提供することを企図する。１つの方法では、
チヤ一微粉又はその一部分は、微粉の完全燃焼に対する
化学量論的必要量よりも多い酸素を含有するガスによつ
て前燃焼帯域において懸濁（又は浮遊）される。

それ故に、この前燃焼帯域における燃焼条件下に、微粉
は、実質上完全に燃焼されて約５〜約２０モル？の分子
状酸素を含有する熱い酸化用ガスを生成する。酸化用ガ
スは上記のトランスフアーラインバーナ一に通されて流
動床からバーナーに循環されるチヤ一を懸濁し且つ運び
、そこでチヤ一の一部分は残りのチヤ一をアツシユ融解
温度に達しないがしかしスチーム／チヤ一反応器の温度
よりも高い予定レベルに加熱するために燃焼される。ト
ランスフアーラインバーナ一の出口では、熱い未燃焼固
形物は煙道ガスから好適には１つ又は２つ以上のサイク
ロンで分離され、それより大きい熱い固形物から熱いチ
ヤ一微粉が分離され、そしてその大きい熱い固形物は流
動床式反応器に戻される。チヤ一微粉を処理する第二の
別法では、部分酸化帯域にチヤ一微粉又はその一部分及
び酸素含有ガス好ましくは空気がその帯域での燃焼温度
を約２，１０００Ｆ以下に限定するのに効果的な量のス
チームと共に供給され、これによつて加熱されたチヤ一
微粉並びに水素及び一酸化炭素を含有する発生炉ガスよ
り本質上成る流出物が生成する。

部分酸化帯域から流出する発生炉ガス及びその中の熱い
チヤ一微粉は流動床のチヤ一を懸濁してそれをトランス
フアーラインバーナ一を経て運ぶために補充酸化用ガス
と組合せてトランスフアーラインバーナ一の底部に供給
され、しかしてそこを経て循環されるチヤ一は流動床の
温度よりも予定の量だけ熱い温度に加熱される。トラン
スフアーラインバーナ一の出口では、上記の如くして熱
いチヤ一固形物がガス一固体分離帯域において熱ガスか
ら分離さ法次いで流動床に戻される大きい熱いチャ一固
形物から熱いチヤ一微粉が分離される。この第二の別法
では、微粉は、スチーム／チヤ一反応のための且つ循環
チヤ一の燃焼部分よりもむしろ石炭原料を加熱するため
の熱を供給するのに使用されることが分る。過剰酸素の
場合には、チヤ一微粉燃焼温度は、過剰の燃焼ガス好ま
しくは空気を用いることによつて約２．１００゜Ｆ以下
に制限される（石炭灰の溶融を回避するために）。

燃焼反応は鳥速であるので、燃焼帯域での滞留時間は短
かい。この場合には取扱いすることのできるチヤ一微粉
の最大量が制限される。と云うのは、空気の供給量はト
ランスフアーラインバーナ一の全空気必要量を越えるこ
とができないからである。部分酸化の場合には、チヤ一
微粉燃焼温度は、スチームを不十分な燃焼ガス好ましく
は空気と共に使用することによつて約２，１０００Ｆ以
下に制限される。スチーム及び燃焼時に生成されるいく
らかのＣＯ２は、チヤ一微粉中の過剰炭素をガス化して
ＣＯにする。これらの吸熱ガス化反応は、燃焼温度を適
度にする働をなす。ガス化反応を進行させるには前燃焼
帯域では幾分長い滞留時間が必要とされる。部分酸化法
は、過剰空気の場合に対しては多過ぎるチヤ一微粉量を
取扱うことができる。流動床の外部にあるチヤ一／固体
流動床からの炭素質固形物の一部分を燃焼させるこれら
の３つの方法で用いることのできる操作条件の範囲を第
２表に記載する。

先に述べたように、別法として、スチーム／炭素吸熱反
応器内に所望温度を維持するのに必要とされる熱は、酸
化用ガスをスチーム／炭素反応器に供給してその反応器
内での部分燃焼によつてスチーム／炭素反応が必要とす
る熱を発生させることによつて提供することができる。

本発明のこの形態では、トランスフアーラインバーナ一
が必要とされない。かくして、制御困難性、過剰の微粉
生成及びいくらかの適用においてトランスフアーライン
バーナ一に付随する可能性のある他の問題が排除される
。トランスフアーライン水添ガス化器の使用に付随する
特別の利益が保持される。典型的には、酸化用ガスは、
。純７酸素又は空気のどちらかである。流動床式反応器
及びトランスフアーライン水添ガス化器に関して好まし
い操作条件は、たいていの場合には、本発明の基本形式
に関して先に記載したものと同様である（第１表）。流
動床温度は直接的な酸化用ガスの添加に応じて高くなつ
てよい。何故ならば、これはこ＼で系の最高温度である
からである。石炭原料１１ｂ当りの合成ガス及び生成ガ
スの容積は、燃焼反応τ からの炭素酸化物及び窒素（
もし空気を用いるならば）がデボラチリゼーシヨン及び
スチームガス化反応の生成物と混合されるために大きい
。もし酸素含有ガスが“純”酸素であるならば、ガス状
生成物は、典型的には、約５〜約２０モル％のメタンを
含有する。このガスは、約９００〜約１，０００Ｂｔｕ
／ＳＣＦ発熱量を有する合成パイプラインガスに又は約
３５０〜約５００Ｂｔｕ／ＳＣＦの発熱量を有する純燃
料油に適当にグレードアツプすることができる。もし酸
素含有ガスが空気であるならば、ガス状生成物は典型的
には約２〜約１５モル％のメタンを含有する。このガス
は、典型的にはＨ２Ｓ除去工程を用いて約１５０〜約２
５０Ｂｔｕ／ＳＣＦの発熱量を有する純低Ｂｔｕ燃料ガ
スにグレードアツプすることができる。酸化用ガスが純
酸素であるときに流動床式反応器及びトランスフアーラ
イン水添ガス化器において好適な操作条件を以下の第３
表に記載する。

スチーム／炭素反応帯域に入れられる酸化用ガスが空気
であるときに流動床式反応器及びトランスフアーライン
水添ガス化器に好適な条件を以下の第４表に記載する。
本発明の上記の具体例は、次の例から更によく理解され
よう。

例１ この例は、添付図面に例示される一体化した水添ガス化
プロセスのための物質収支計算を要約したものである。

本例では、プロセス条件は、第２表の基本トランスフア
ーラインバーナ一の場合に関して第１表の例欄において
先に記載したものであつた。また、本例では、原料は１
時間当り２，０００１ｂの歴青炭であつた。石炭原料の
最終分析は次の通りである。チヤ一（Ｃｈａｒ）は流動
床式反応器から１２，６００１ｂ／Ｈｒの速度で取出さ
れそして原料石炭と共にトランスフアーライン水添ガス
化器１０の底部に導入され、そこでそれは流動床式反応
器１１からの２，２４８１ｂ／Ｈｒの合成ガスによつて
懸濁されて連行された。

流動床式反応器へのスチーム量は１，７０８１ｂ／Ｈｒ
である。そのようにして製造した合成ガスの組成は第１
表に示されている。合成ガスの質量分析は次の通りであ
る。トランスフアーライン水添ガス化器１０からの流出
物は固形物−ガス分離帯域１８に通され、そこで１３，
８０４１ｂ／Ｈｒのチヤ一が回収されて流動床式反応器
１１に戻された。生成ガスは分離帯域１８から３，０４
４１ｂ／Ｈｒの速度で回収さへそしてそれは第１表に記
載の組成及び次の質量割合を有していた。それ故に、生
成ガスは１，４６３，０００標準Ｆｔ３／日の速度で回
収されそして３３３Ｂｔｕ／標準Ｆｔ３の発熱量を有し
ていた。

流動床式反応器の熱は、４３，４００１ｂ／Ｈｒのチヤ
一を取出しそしてそれを４，３８３１ｂ／Ｈｒの供給空
気と共に燃焼させることによつて得られた。

供給空気の質量組成は１，０１６１ｂ／Ｈｒの酸素、３
，３０９１ｂ／Ｈｒの窒素及び５８１ｂ／Ｈｒの他の成
分であつた。ガス一固形物分離帯域においてチヤ一固形
物から煙道ガス及び微粉を分離し、４２，７３６１ｂ／
Ｈｒのチヤ一を流動床式反応器に戻し、この間に５，０
４７１ｂ／Ｈｒの煙道ガス及び微粉を所望時に使用のた
めに取出した。

煙道ガス及び微粉の組成を以下に記載する。例２ 本例は、酸素が流動床式スチーム／チヤ一反応器に直接
加えられるところの歴青炭原料の一体化した水添ガス化
プロセスに関する物質収支計算を要約したものである。

石炭原料の供給速度及び最終分析は例１におけると同じ
であつた。プロセス条件は、上記の第３表の例欄に記載
されている。歴青炭原料はトランスフアーライン水添ガ
ス化器１１の底部に２，０００１ｂ／Ｈｒの速度で供給
されたが、そこには流動床式反応器１１から取出される
チヤ一も１２，２００１ｂ／Ｈｒで受け入れられた。原
料石炭及びチヤ一は、流動床式反応器１１から３，３６
１１ｂ／Ｈｒの速度で回収される合成ガスによつて連行
されてトランスフアーライン水添ガス化器１０に運ばれ
た。合成ガスの質量分析は次の通りである。流動床式反
応器１１へのスチーム供給速度及び酸素供給速度はそれ
ぞれ１，６６３′ｂ／Ｈｒ及び７５７１ｂ／Ｈｒであつ
た。

供給酸素は、３１ｂ／Ｈｒの窒素を含有していた。連行
された固形物及びガス状生成物混合物は、トランスフア
ーライン水添ガス化器１０から回収されそしてガス一固
体分離帯域で分離された。チヤ一固形物は１３，１４１
１ｂ／Ｈｒの速度で回収されて流動床式反応器に戻され
、これに対して生成ガス及び微粉は４，４２０１ｂ／Ｈ
ｒの速度で回収された。これは、３０７Ｂｔｕ／標準Ｆ
ｔ３の発熱量を有するガス状生成物を１日当り１，７８
３，０００標準Ｆｔ３もたらした。分離器からの流出物
の組成は次の如くであるＯ例３ この例は、歴青炭原料を用いそして空気が流動床式反応
器に直接加えられるところの本発明の一体化した水添ガ
ス化プロセスに関する物質収支計算を要約したものであ
る。

プロセス条件は、第４表の例欄に記載されている。前例
のように、石炭は２，０００１ｂ／Ｈｒの速度でトラン
スフアーライン水添ガス化器に供給され、そしてそれは
例１に記載したと同じ最終分析値を有していた。

また、トランスフアーライン水添ガス化器１１の底部に
は１８．６００１ｂ／Ｈｒの速度でチヤ一も供給され、
そこでチヤ一及び原料石炭はそこを７，５２７１ｂ／Ｈ
ｒの速度で運ばれる合成ガス中に懸濁されて連行された
。合成ガスは流動床式反応器１１から回収されるが、そ
こにはスチームが１，６８８１ｂ／Ｈｒの速度で供給さ
れそして空気が４，８７８１ｂ／Ｈｒの速度で供給され
た。空気は、１，１３１１ｂ）／Ｈｒの酸素、３，６８
２１ｂ／Ｈｒの窒素及び６５１ｂ／Ｈｒの他の成分より
成つていた。トランスフアーライン水添ガス化器１０の
底部に供給される合成ガスは第４表に記載の組成を有し
、そしてその物質収支は次の通りである。

レ４０１１ｊＶ−―トランスフアーライン水添ガス化器
からの流出物はガス一固形物分離帯域に通され、そして
そこからチヤ一が回収されて１９，５６１１ｂ／Ｈｒの
速度で流動床式反応器に供給された。

生成ガス及び微粉は、分離器の塔頂から８．５６６１ｂ
／Ｈｒの速度で回収された。これは、１５９Ｂｔｕ／標
準Ｆｔ３の発熱量を有するガスを１日当り３，０７１，
０００標準Ｆｔ３もたらした。生成ガスの組成は第４表
に示されている。生成ガス及び微粉の質量組成は次の如
くである。例４ この例は、水素と新鮮な原料炭中の炭素との急速な反応
及びトランスフアーライン水添ガス化器の技術概念の利
益を例示するものである。

トランスフアーライン水添ガス化器で生じる反応を模擬
するために自由降下式反応器の研究を行つた。

自由降下式反応器は、高さが８ｆｔで直径が３１ｎの電
熱式鋼製室であつた。反応器の壁温度を約１，６００゜
Ｆに維持し、そして反応器を水素で圧縮した。３０〜５
０メツシユ寸法に粉砕したワイオダツク準歴青炭を反応
器に降下させると、それは水素を通過して反応器を出て
未加熱捕集ポツトに入つた。

石炭は通過中に約１，５００集Ｆまで温度上昇し、そし
て水素雰囲気の存在下にデボラチリゼーシヨンを受けた
。次いで、ガス状混合物を反応器から取出してメタン及
び炭素酸化物について分析した。そのようにして得られ
た収量（原料石炭中の炭素１００モル当りのモル数で表
現）を以下の第５表に記載する。各場合における転化温
度は１，５００記Ｐであつた。２０ｐｓｉｇの水素圧で
は、反応器での石炭滞留時間が約１〜約２秒増長したと
きに極めて僅かの追加的な転化が測定されそしてこのこ
とは原料石炭中の炭素の迅速な反応性及び転化性を示す
ことが分る。

５５ｐｓｉｇの水素圧条件では、自由降下反応器におい
て僅かに大きい石炭のメタン転化が得られた。

固形物滞留時間が長い場合でも転化度はほとんど向上し
ないので、大型で且つ高価な流動床式反応器におけるよ
りも比較的安価なトランスフアーライン反応管において
より高い有効水素圧下に水添ガス化を実施するのが経済
上有益である。要するに、本発明は、特にその好ましい
形態では、流動床式水添ガス化反応器の不必要なほど長
い固形物滞留時間を排除するのみならず、制御するのが
簡単で且つ比較的容易でありそして従来の固形物取扱い
概念及び構成材料要件を利用するところのより経済的な
反応器系を含めて従来法によつて提供されない幾多の利
益を提供するのである。好ましい具体例では、スチーム
、酸化用ガス（好ましくは空気）及び揮発性炭化水素物
含有炭素質原料固形物例えば石炭が唯一の必要な反応体
である。純酸素は必要とされないけれども、それを使用
することができる。第二の固形物を反応体又は触媒とし
て使用する必要はない。また、直接的加熱のための電気
は必要としない。コークス用石炭を反応器に直接供給し
て、コークス用石炭のアグロメレート傾向を排除するの
に必要な予備処理設備に付随する費用及び収量損失を回
避することができる。石炭の揮発性物は生成ガスの形成
に寄与し、そしてメタンは主要流動床式ガス化帯域の外
部で新鮮な石炭をより高い有効水素圧下に迅速に水添ガ
ス化することによつて生成される。流動床のガス化帯域
のための熱は、プロセスの熱経済性を最大にする態様で
提供される。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の好ましい具体例を実施することので
きる装置系の概略図であつて、その主要部を示す参照数
字は次の通りである。 １０：トランスフアーライン水添ガス化帯域、１１：合
成ガス発生帯域、１３：ホツノ＼ １８，２３：ガス一
固体分離器、２１：トランスフアーラインバーナ一。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ メタン含有ガスの製造に当り、 （ａ）流動床式スチーム／チヤー反応器からの熱いチヤ
   ー粒子と石炭とを、該流動床式スチーム／チヤー反応器
   で生成した分子状水素を含有する合成ガス流れ中に希薄
   相で懸濁させ、この場合に、前記のチヤー粒子は最低水
   添ガス化温度よりも高い温度を有し、前記の石炭は該最
   低水添ガス化温度よりも低い温度を有し、しかも該チヤ
   ー粒子は該石炭の温度を少なくとも該最低水添ガス化温
   度に上昇させるのに十分な有効熱量を含有するものとし
   、（ｂ）前記のチヤー粒子及び石炭を含有する前記ガス
   流れを移送管型水添ガス化帯域に該石炭の滞留時間が１
   〜２０秒の間になるように通し、これによつて該石炭か
   ら揮発性分の一部分を除去し且つ該石炭中の炭素の予め
   定めた少部分をメタンに転化させ、かくして該石炭をチ
   ヤーに転化させ、（ｃ）前記水添ガス化帯域から該帯域
   内で生成したメタン含有生成物ガスとチヤーとの混合物
   を抜き出し、（ｄ）前記混合物から前記生成物ガスを回
   収し、そして（ｅ）前記混合物から前記生成物ガスを回
   収した後に残るチヤーを上記流動床式スチーム／チヤー
   反応器に送る、ことを含むメタン含有ガスの製造法。