JPS60173092A - 石炭ガス化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は噴流層の石炭ガス化炉の改良に関する。

〔発明の背景〕

石炭ガス化炉には固定層、流動層、噴流層などの各方式
があり、夫々開発が進められている。ガス化炉としては
、（ａ）ガス化効率が高い、（ｂ）運転制御が容易、（
Ｃ）公害性物質を出さない、（ｄ）ガス化炉１４当シの
石炭処理能力が大きい、（ｅ）各種石炭が処理できる、
（ｆ）信頼性が高く長寿命である等の性能が要求される
。噴流層方式は他方に比べこれらを総合的に満足できる
可能性の高すものである。

噴流層方式では、石炭を通常１１００１ｔ以下の微粉炭
になし、この微粉炭をバーナにょ）ガス化炉に供給し、
ガス化剤（酸素、空気、スチーム等）によって石炭灰の
溶融温度以上で反応させるもので、主に次の式で表わさ
れる反応にょシ、水素と一酸化炭素に富むガスが得られ
る。

石炭”チャ（Ｃ，Ｈ）　、　Ｈｚ　、　Ｃｏ、　ＣＨ４
・”（１）Ｃ十Ｏ□→ＣＯｚ　叫・・・・・（２）Ｃ＋
ＣＯｘ　→２　ｃｏ　−−＝（６）Ｃ＋Ｈ２０−ＣＯ＋
Ｈｚ　−−−（７）噴流層ガス化炉には前記（ａ）〜（
ｆ）を目的として様様な形式が存在するが、これらは（
Ｉ）反応形態、＜ｆｆ）バーナ配置、（■）全体炉構造
の点から以下のように分類できる。

（Ｉ）　反応形態 （１）１段反応型・・・ガス化剤と微粉炭を一定の混合
比αの元で反応させる。例えば「’］［’ｅｘａｃｍ法
（特開昭５６−１１０７９３号公報）」、「ボリデン・
アクチェボラーグ法（特開昭５７−２００４９２号公報
）」、ｒｓｈｅｌｌ法」、「東洋高圧法（特公昭３６−
２３７１４号公報）」 （２）　２段反応型・・・ガス化剤と微粉炭の混合比α
が異なる２つ以上の反応領域を形成させる。

例えばｒＣ−Ｅ法（％開開５４−３２５０８号公報ｒ−
Ｊ または、前記α）式で示される石炭熱分解反応（ガス化
剤を使用しない）と（３）式で代表される部分酸化反応
を併発させる。例えばｒＢｔ−Ｇａｓ法」 （旧　バーナ配置 （１）　単一バーナ型・・・ガス化炉に石炭バーナを１
本垂直下向きまたは上向きに配置する。例えば「Ｔｅｘ
ａｃｏ法」 （２）複数バーナ対向型・・・複数のバーナを水平に対
向させる。例えばｌ’−８ｈｅｌｌ法」（３）複数バー
ナ旋回型・・・複数のバーナを同一平面上で円周方向に
向けて配置し、バーナ火炎をガス化炉内で旋回させる。

例えば「Ｃ−Ｅ法」、「ボリデン・アクチェボラグ法」
、「東洋高圧法」 （ＩＩＩ）　全体炉構造 （１）単一炉室型・・・（Ｉ）の反応を１つの炉室で行
う。例えば「Ｔｅｘａｃｏ法」 （２）複数炉室型・・・（Ｉ）の反応を、絞シ形状や仕
切り物により区分された２つ以上の炉室で行う。例えば
１−Ｃ−Ｅ法」、「Ｂｉ　−Ｇａｓ法−１ガス化方式は
以上のように分類できるが、代表的なガス化炉は次のよ
うな組合せで構成される。

■　１段反応／単一バーナ／単一炉室 （Ｂ）　１段反応／複数対向バーナ／単一炉室０１段反
応／複数旋回バーナ／単一炉室（ハ）　２段反応／複数
旋回バーナ／複数炉室これら各構成は、夫々特長があシ
、まず上記囚は炉構造が単純で運転制御が容易であるが
、大容量化に制約がある仁と、適用炭種、運転操作範囲
に制限がある等の問題点を有している。

次に■は、バーナの対向配置によって火炎同志を衝突さ
せ、この衝突によシ高温火炎からガス化炉壁の損傷を防
止し、また、比較的コンパクトで石炭処理量を増やせる
構造であるが、構造が複雑になシ易く、大型化に問題が
ある。

更にＣは、遠心力による旋回運動によシ石炭粒子の滞留
時間を延ばすことができ、また、溶融灰を炉壁に付着さ
せ易いので、石炭灰をフライアッシュでなくスラグとし
て回収できる量を増大できる利点がある。ただし、旋回
力を強めるＫは円周方向角度を大きくすればよいが、大
きくし過ぎると火炎が直接炉壁に当り炉材を損傷し易い
。このためバーナの角度や本数に制約条件が存在し、運
転操作範囲が狭まい。

以上はいずれも１段反応型の方式であるが、これらに共
通した問題点としては、適用炭種や適正操作範囲が比較
的狭まく、巾広い条件にわたって高いガス化効率を維持
するのが困難なことである。

前記「ボリデン・アクチェボ２−グ法」、「東洋高圧法
」では、石炭とガス化剤を旋回させて噴出するバーナの
他に、このバーナとは異なる場所からガス化剤のみを噴
出するバーナを設け、溶融スラグの流れ及び排出を改善
して安定運転操作範囲を広げようとしているが、２次的
なガス化剤の供給は、高温な炉内温度となるため熱損失
割合が増大する。また、２次的に供給されたガス化剤は
、主に生成した可燃性ガスと反応し易いため、石炭また
は未反応カーボン粒子と積極的に反応しない。

したがって、２次的なガス化剤の供給は高温化に一般的
に噴流層ガス化炉では、ガス化効率に最も強く影響する
因子は前述したガス化剤の供給量（Ｋｇ）と石炭の供給
量（〜）の比αである。一定の炉形状及びαが定まれば
、ガス化効率、生成ガ蛎功フ組成及びガス化炉温度がほ
ぼ決定される。

ガス化炉は目標とするガス化効率、ガス化温度を得られ
るようαを定めて運転をするので炭種や操作条件はある
程度限定される。これらの問題点を軽減しようと考えら
れたのが２段反応型である。

即ちＯ）は、２つ以上のαを選び、別の反応室で夫々の
αで反応させる。これは（ト）〜（Ｑに比べ炭種。

操作範囲に対する自由度が高い。しかし、通常αの大き
い反応領域では、ガス化効率も高く高温が得られるが、
αの低い反応領域ではガス化効率が低く、未反応カーボ
ンを含む粒子（チャー）が残り、生成ガスとともにガス
化炉から飛び出す。そこで、チャーを回収し再びガス化
炉のαの高い領域に戻しガス化することが必要である。

このようなチャー循環方式は、そのためのホッパー、パ
ルプ、フィーダ、チャー流量検出器等の付加設備が必要
でおシ、装置、構造及び運転を複雑にし易い。

このように、噴流層ガス化の従来技術においては、ガス
化効率あるいは運転性・信頼性のいずれか一方が悪くな
り、上述した（ａ）乃至（ｆ）すべてを満足するまでに
至っていない。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情１ｃ鑑みなされたもので、ガス化効率
の向上を図ると共に運転制御が容易で信頼性の高いガス
化炉を得ることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の特徴とするところは、ガス化室上部にこ
のガス化室の水平断面積より小径のガス取出口を設ける
と共忙底部にはスラグ取出口を設けた石炭ガス化炉にお
いて、石炭とガス化剤の混合流体を旋回させて噴出する
バーナをガス化室高さ方向に少なくとも２段に配置し、
前記バーナ中また下段のバーナはガス化室高さ方向の−
よシ下方に夫々設け、かつ石炭に対するガス化剤の割合
を上段のバーナより下段のバーナを多くした石炭ガス化
炉にある。

本発明は前記囚〜■のいずれにも属さないもので、いわ
ば （ト）　２段反応／複数旋回バーナ／単一炉室と言える
ものでめる。本発明は、単一炉案内で２段反応を併発さ
せるため、０よ）構造が単純な上、熱の利用が有効にで
きガス化効率も向上させやすい。

この炉では、上部で（１）又は（３）式の反応、下部で
（２）、（３）式の反応をさせる。上部では酸素量を少
なくし反応性に畳むチャーを生成し、下部では酸素量を
多くして極めて単時間に反応させると共に（０２，Ｈｉ
Ｏに富むガスを発生する）、石炭を分配しない場合に比
べ反応過程で生成するチャーの反応性が向上でき、前記
（６）、　（７）の反応が早く進む。この方式は一旦石
炭を分配して反応させた後、再びチャーとＣ（ｈ　、　
Ｈ＝Ｏなどの生成ガスを効率よく接触させるところに特
徴がある。

以下この内容について詳細に述べる。

まず絞シ構造のガス化炉において、石炭を分配しないで
ガス化した場合と、分配してガス化した場合の差につい
て述べる。

石炭を分配しないでガス化した場合（１つのαでガス化
する）でも１段反応型と２段反応型では基本的には前述
したような差が存在するが、更に本質的に次の点が異な
ることが明らかとなった。

石炭を分配せず１つのαでガス化した場合、石炭粒子に
着目して反応過程を追求すると、まず、石炭は高温のガ
ス化室に飛び込み、熱分解されると共にチャーが生成す
る。熱分解ガスは酸素と反応し燃焼によシチャーの温度
が高くなり、ついに着火してチャーのガス化が始まる。

チャーは最初酸素により主に（２）、（４）式の反応で
ガス化し、この間チャー自身の温度も上昇する。酸素が
消費しつくされると、チャーは（２）、　（４）式で生
成したガスと主に（６）、　（７）式の反応でガス化し
、Ｈ２、ＣＯが生成する。この過程では、酸素による（
２）、（４）式の反応は極めて早いので、ガス化速度は
（６）、　（７）式の反応速度が支配的となる。したが
って、（６）、　（７）式の反応速度をいかに速くする
かがガス化効率を向上する点で重要である。この場合、
チャーの物性が反応速度に大きく影響する。

すなわち、チャーの燃焼によシ、チャーの温度が上昇し
、ついには灰が溶融する温度に達すると、チャーが緻密
となシ、ガスが粒子内に拡散する速度が遅くなシ、反応
に時間がかかる。すなわち、反応性の低下が起る。した
がって未反応のカーボンが残ったままチャーはガス化炉
を飛び出すことになる。１段反応では、熱分解→チャー
の燃焼→チャーの昇温→チャーのガス化→チャー反応性
の低下の反応過程を避は得す、ガス化効率を上げにくい
。

これに対して、石炭を分割して異なるαでガス化すると
つぎのような過程で反応が進行する。

まず上段では小さいαでガス化するが、この場合、反応
過程にあるチャーは酸素量が少ないため未反応のカーボ
ンはあるが、粒子自身の温度は、灰の溶融温度まで到達
せず、かつチャーの表面官能基が発達しているので、反
応性にとむ。

一方、下段では大きいαでガス化するので、チャーは緻
密になるが、酸素量が多いため、粒子内へのガス拡散速
度は低下しない。したがって下段へ供給された石炭は完
全にガス化される。ここで生成したＣＯ□、Ｈ２Ｏに富
むガスと上段で生成した反応性に富むチャーが接触し、
（６）、　（７）式の反応は前記１段反応型より速く進
む。チャー中の灰は最終的には溶融するが大部分はガス
化しておシ、その後溶けるので、前述した１段反応型の
ようにカーボンを残したままガス化炉を飛び出るような
ことはない。

上段と下段の反応を総合した結果として、２段反応型は
１段反応型よシ反応は速く、ガス化効率を向上させやす
い。

２段反応型で重要なことは、上段で生成したチャーと、
下段で生成した高温ガスとを充分接触させることであり
、かつ、どちらかといえば、上段へ供給した石炭の滞留
時間を長くすることである。

このためにはガス化炉の内における粒子の流れを調べる
必要がある。

次に２段反応型におけるガス化炉内における粒子、及び
ガスの流れについて説明する。

第１図及び第２図（ａ）、　（ｂ）は□流れ試験に用い
たモデル炉の一例である。１０１が透明樹脂製のモデル
炉、１０２が上部バーナ、１０３が下部バーナで各４本
とシつけである。各バーナに空気１０４を流し、同時に
上部又は下部の１本のバーナに少量の石炭をパルス的に
投入し、モデルガス化炉１０１出口へ到達する時間をダ
ストモニタ２で測定した。第１図はガス取出口の直径ｄ
ｏとガス化炉径りの比（以後絞シ比と称す）が等しく、
上部バーナ１０２の内接円直径（以下旋回円径と称すと
下部バーナ１０３旋回円径が等しい場合（以下同径旋回
円型と称す）、第２図（ａ）は同径旋回円型において、
ガス取出口径をガス化室径に比べて小さくした絞シ１０
５を入れ絞シ比ｄｏ／Ｄ〈１にした場合（以下絞り同径
旋回円型と称す）、第２図６）はガス取出口に絞り１０
５を入れ、絞シ比ｄ　ｏ　／　Ｄ　（１にして上部バー
ナ１０２と下部バ−す１０３の旋回円径を変えた場合（
以下絞シ異径旋回円型と称す）である。

第３図は、常温空気を流した上記モデル炉において、上
部バーナ１０２から供給した石炭粒子の炉内滞留時間に
及ぼす、炉構造の影響を示したもので、横軸が絞り比、
縦軸が粒子滞留時間θＳである。図から明らかなように
、絞りを入れたほどθ１が長くなる。また同じ絞り比な
ら異径旋回円径はどθ８は長くなる。第４図は、絞り構
造異径にした時の石炭粒子の流れを示したものであるが
、上部バーナ１０２から供給された石炭が、下降し々が
ら旋回しく下降旋回流１０６の形成）、あるところで反
転して、上部から排出していく様子がわかる。絞シ異径
型の炉がθ８を長くするのけ、この下降旋回流が顕著に
形成するからである。下降旋回流は以下の原理で形成す
る。

噴流層ガス化炉内では、粒子の動きはガスの流れに支配
されやすい。一方、ガスの流れは圧力Ｐの分布によって
決まる。ガス化炉内で旋回流が形成されると渦運動によ
り半径ｒ方向の圧力分布は円周方向速度分布Ｖ、によっ
て定まシ、ｌ　δＰＩ ：　’Ｖ、＋１　・・・・・・・・・・・・（８）ρ　
δｒ　凡 但し、 ρ：ガス密度 Ｒ：ガス化炉半径 Ｐ；圧力 と表わされる。第５図はモデル炉１０１内の流速分布の
一例である。ガス流速は軸方向２円周方向及び半径方向
の各分速度のベクトル和で表わせる。

図には半径方向を除いて示した。このうち渦流れの特徴
である円周方向速度Ｖ、の半径方向の分布状態を第６図
に示した。ここで最も重要なことはＶ、はｒ！＝ｉ旋回
円径で最大となハ壁と中心゛で０となることである。つ
まり、バーナからの吹出し条件が一定ならバーナ旋回円
径によっである程度Ｖ、の半径方向分布が定まる。そし
て、（８）式の関係から半径方向の圧力分布も定まり、
■θが最大となるバーナ旋回円径付近で圧力勾配が最大
となる。

一方、高さ方向のガス流れを明らかにするため高さ方向
の圧力分布を調べた。第７図はモデル炉１０１内の圧力
分布の一例を示したものである。

高さが異なる２個所の圧力分布を比較するため、下部と
上部の圧力の差を計算し第８図（ａ）、　（ｂ）に示す
。第８図（ａ）は絞シ同径旋回円型、第８図（ｂ）は絞
シ異径旋回円型の場合である。第８図（ａ）ではすべて
の半径にわたシ下部と上部の圧力差は常に正となる。す
なわち下部の圧力が上部より高いのでガスは常に下部か
ら上部に流れる。一方、第８図（ｂ）では中心と壁側で
負の値を示す、すなわち上部よシ下部の圧力が低いこと
を示している。このことから、第８図（ａ）ではモデル
炉１０１内は常に上昇流が形成され、第８図（ｂ）では
一部下降流が形成されるのである。したがって、石炭粒
子の下降流れを積極的に形成するには第８図（ｂ）の圧
力分布が好ましい。

高さ方向の圧力差を一部正、一部員とするためには、第
８図（ｂ）の圧力分布のように、上部と下部で、分布曲
線を交差させる（番と分が交わる）必要がある。第８図
（ａ）のように交差させないと、必ず正になり下降流は
形成できない。前述したように、ある高さにおける圧力
分布は円周方向速度分布によって決まシ、円周方向速度
分布はバーナの旋回円径に支配される。したがって上部
と下部の旋回円径を変えることによシ上部と下部で交差
するような圧力分布曲線が得やすくなシ、下降旋回流が
形成させやすい。

以上の原理によシ、絞夛同径旋回円屋より絞シ異径旋回
円型にすると、上部バーナ姉供給した石炭が下降流に伴
われて、ガス化炉の下部に移動した後、炉を飛び出そう
とするので、ガスと充分接触しつつ滞留時間が更に長く
できる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面によって説明する。

まず、第９図及び第１０図を用いて本発明の詳細な説明
する。第９図はガス化炉の概念図であシ、第１θ図は第
９図ガス化炉内の温度分布と燃焼及びガス化反応を示し
た図である。ガス化室８の上部にはこのガス化室８の水
平断面積よシ小径のガス取出口２を設けると共に底部に
もガス取出口２と同様小径のスラグ取出口１１が設けら
れ、ガス化室８の上方と下方に石炭とガス化剤の混合流
体を旋回して噴出するバーナ７．９が設けられている。

ガス化室８上方の上段バーナ７から噴出される混合流体
の旋回円径は、ガス化室８下向の下段バーナ９から噴出
される混合流体の旋回円径よシも大きく形成されている
。また、石炭に対するガス化剤の割合は、上段バーナ７
よシ下段バーナ９が多くなっている。したがってガス化
炉の上方ではチャーが生成され、下方ではＣＯｘ　、　
ＨｚＯＫ富むガスが発生する。上方で生成されたチャー
は下降流旋回流に伴われ下方に移動する。このチャーは
、石炭を酸素量が少ない条件でガス化するため極めて多
孔質にな夛、反応性に富む。酸素量を増すと石炭の粒子
自身の温度が高くなシ、灰が溶融するので緻密となシ反
応性が低下する。更に酸素量を増すと反応性が低下して
もガス化剤が多いため単時間に反応が完了するが、Ｈ２
、ＣＱよシＣ０２、ＨｚＯ’ｌ生成量が多く、ガス発熱
量が低下する。したがって上段バーナ７では石炭の反応
初期に灰が浴融しない程度のガス化剤の量でガス化し、
活性なチャーを生成する必要がある。このチャーは下段
バーナ９で生成された高温のＣ０２。

Ｈ２Ｏに富むガスと反応し、Ｃ０，１（ｚに富むガスが
生成され、ガス取出口２よ）取出される。反応後入は溶
融スラグとなフ、スラグ取出口１１から取出される。

このような構成からなるガス化炉は第１１図に示す石炭
ガス化フローにおいて用いられる。第１１図におりで、
石炭１６は粉砕機１７にょ）微粉化され、しかる後気体
搬送され、サイクロン１８、バグフィルタ１９により捕
収され、ホッパ２０に貯えられる。このようにして貯え
られた微粉炭は供給用ガス（窒素、二酸化炭素、空気、
生成ガスの一部等）２１にょシガス化炉２２のガス化室
８の上方、下方に送シ込まれる。ガス化室８において、
上段バーナ７からは微粉炭５とガス化剤となる酸素６Ａ
、スチーム６Ｂの混合流体が噴出され、同様に下段バー
ナ９からも微粉炭５と酸素６Ａ、スチーム６Ｂの混合流
体が噴出される。

微粉炭５に対するガス化剤の割合は上段バーナ７よシも
下段バーナ９から多量に噴出が行われる。

そしてガス化室８内で微粉炭は第９図及び第１０図に示
した反応にしたがってガス化が行われる。

微粉炭に含まれた石炭灰は溶融してスラグとなシ、炉壁
及びスラグ取出口１１を伝わって水槽１３に滴下する。

水槽１３ではポンプ２３によシ加圧して送られる冷却水
２４によシス２グ冷却部２５において冷却され、スラグ
ホッパ２６に貯えられた後、スラグ分離機２７で分離廃
棄される。スラグを冷却した冷却水は再循環用ポンプ２
８によ）再度利用される。水槽１３は水を循環させるこ
とによシ低温に保たれ、炉からの輻射電熱、スラグの持
ち込む顕熱による温度上昇で水が蒸発することが防がれ
る。生成ガス２９は熱回収部ｌＯで熱交換器３０によシ
熱回収され、生成ガス中のチャーはサイクロン３１によ
シ捕収され、チャーホッパ３２に貯えられる。このチャ
ーはガス化炉２２で充分ガ艮化されているので未反応カ
ーボン含有量は少なく、従来のようにガス化炉２２に戻
し、再度ガス化する必要はない。サイクロン３１を出た
生成ガス３３は更に熱回収装置、ガス精製装置（いずれ
も図示せず）に通され、化学原料、水素源、工業用及び
発電用の燃焼に供される。ガス化炉２２内の熱交換器３
０は通常蒸気発生用に用いられ、発生した蒸気３４で発
電する。

第１２図はガス化炉２２の要部縦断面図で、ガス化室８
の上部は生成ガス取出口２を介して熱回収部１０と連通
し、下部はスラグ取出口１１を介してスラグ冷却部２５
と連通している。ガス他炉２２全体は断熱材４で囲まれ
ているが炉内壁を高温ガスや溶融スラグによる損傷から
保護するため断熱材４に水冷管３５を埋込み冷却し、損
傷が一定以上内部に進行しないようにしている。生成ガ
ス取出口２及びスラグ取出口１１の夫々の断面積はガス
化室８の断面積よシも小さく形成されて込る。バーナ７
．９はガス化室８の上方と下方に設置され、上方の上段
バーナ７はガス化室８の高さ方向の−よシ上方に、また
、下方の下段バーナ９はガス化室８の高さ方向の−よシ
下方に取付けら２ れている。

第１３図及び第１４図はバーナ７．９の水平断面図であ
り、上段バーナ７は旋回円Ａに接する方向に等間隔で４
本設置され、下段バーナ９は旋回円Ａよりも径が小さい
旋回円Ｂに接する方向に等間隔で４本設置されている。

上段バーナ７、下段バーナ９は最低３本あれば幾何学的
には旋回流が形成できるが、各バーナからの石炭、ガス
化剤のバランスが崩れたシ、負荷を変えた時でもある程
度の旋回流を維持するためには４本以上必要である。バ
ーナの本数を増大すれば旋回流形成の安定性は増すが運
転、制御が複雑になυ、石炭安定供給の信頼性が低下す
るので必要以上に本数を増すのは好ましくない。しかし
、ガス化炉が大型になるとバーナ火炎の大きさがガス化
炉径に対して相対的に小さくなるので、一定の旋回速度
を保つＫはバーナからの石炭吹出し速度を大きくするか
、バーナの本数を増す必要がある。

本発明ではガス化−も上方へ供給されるガス化剤の量は
下方へ供給される量よりも少ないので、上方付近温度の
下方よ）も低い。したがって上段バーナ７の旋回円径Ａ
は、従来の１段バーナの旋回円径（炉径の１／２〜２／
３）よシも大きくできる。上段バーナ７へ供給する酸素
と石炭の供給量の比即ち酸素量／石炭量＝０〜Ｏ，ｅ　
ｓ　Ｋｇ／Ｋｑの範囲では炉径の０．７〜０．８まで大
きくしても炉壁への損傷がほとんどなかった。０．８以
上にすると火炎の側面が炉壁と接触し、また炉壁との摩
擦の影響が顕著になシ、ガス流れが乱れ旋回円Ａに添う
旋回流が形成されない。

下段バーナ９の旋回円径Ｂは、上段バーナ７から噴出さ
れる石炭粒子滞留時間の増大効果の観点から決定される
。下方旋回円径を選定するため、粒子の滞留時間を測定
した結果を第１５図に示す。

上段バーナ７から噴出される粒子の滞留時間は下方の旋
回円径が小さくなるほど長くなるが、下段バーナ９から
噴出される粒子の滞留時間は逆に下方の旋回円径が小さ
くなるほど短かくなる。また小さ過ぎると良好な旋回流
が形成されない。したかって、下方の旋回円径は下方で
良好な旋回流を維持した上で下方から噴出された石炭が
それぞれ完全にガス化するに必要な時間を同時に満足す
る２′！″７”″″歓６／′・　啜 上述したごとく本発明ではガス化炉８の上方へ供給され
るガス化剤の量より下方へ供給されるガス化剤の量が多
いので、下方の方の反応時間は短くてよい。ガス他家８
上方の酸素量／石炭量＝０〜０．６５　Ｋｇ／Ｋｆであ
るのに対し、下方の酸素量／石炭量＝０．９〜１．６　
Ｋｇ　７Ｋｇの割合で供給する。この結果、下方の条件
での完全ガス化時間は上方の条件でのガス化時間の１７
２〜１／７になる。第１５図において、下方旋回円径と
炉径の比を０．２程度にしても下方と上方粒子の滞留時
間の比は１：２であり、上方粒子の滞留時間が満足され
れば下方粒子の滞留時間も充分満足される。しかし、さ
らに旋回円径を小さくすると旋回流が形成されず、粒子
は半回転した程度で上昇し下方へ供給された粒子の滞留
時間が不足する。したがって下方旋回円径は旋回流が形
成されるための条件から決定され、この値はガス化炉内
径の０．２〜０．３である。即ち、下方旋回円径は上部
旋回円径の０．２５〜０．４が最適である。

下方旋回円径を上方より小さくすることのさらに他の重
要な点は火炎から炉壁を守れることにある。本発明では
上段バーナ７よυ下段バーナ９の方が酸素量／石炭量が
大なる条件でガス化されるので火炎温度は極めて高くな
る。かかる条件にお、いて粒子への遠心力を強くするだ
けの観点から旋回円径を決定するとその径は大きくなシ
、炉壁は高温の火炎にさらされる。本発明のように旋回
円径を小さくすれば、そのような心配はなく、酸素量を
多くしても安全にガス化炉の運転ができる。

第１表に第１２図に示した絞シ構造ガス化炉２２の上段
バーナ７（表中、上と記す）と下段バーナ９（表中、下
と記す）の配置を変えてガス化した実施例を示す。比較
例は１段反応型、実施例■は２段反応型で同径旋回円、
実施例■は異径旋回円の場合である。全酸素／全石炭比
はいずれの例でも０．９０３で一定であり、２段反応型
の場合は両側とも上部バーナの酸素／石炭比は０．５９
８、下部バーナでは１．２である。

表１から明らかなように１段反応型よシ２２段反応型ま
た、同径旋回円型よシ異径旋回円型の方が高効率である
。

表　１ 表中ガス化効率は次式で定義した。

カーボンガス化率９４．６％ということは残りの５．４
チのカーボンがスラグあるいは飛散ダスト中に含まれて
いることである。従来法だと、この割合が大きいため、
そのまま廃棄できないので、再度ガス化炉に供給してい
た。本実施例は石炭処理能力が２０に９／ｈ程度のガス
化炉で行ったものだが、ガス化炉の大型化に伴い、ガス
化炉からの熱損失量割合は小さくなるので、ガス化炉全
体温度が上昇し、ガス化反応を促進する。したがってガ
ス化効率は更忙上昇するので、もはやダストの再循環は
不要になる。

下方のバーナの酸素／石炭比は１．２と大きくし、下部
を高温度にしたが、旋回円径を０．３と小さくしたため
、ガス化炉壁の損傷は認められなかった。

表２は他の実施例である。実施例■は石炭として南アフ
リカ炭を用いた場合である。南アフリカ炭は表１の太平
洋炭（北海道産）よシも、灰の溶融温度が高く、また溶
融スラグの流動性も低い。

南アフリカ炭を絞シ異径旋回円型で行った結果、スラグ
固化のトラブルもなく、連続した運転が可能である。こ
れは、表２から明らかなように、下部バーナの旋回円径
を小さくするので炉壁損傷の心配が少なく、酸素／石炭
比をある程度大きくできるので炉の中心部が局部的に高
温となシ、スラグ取出口をスラグ流下に必要な温度に維
持できるためである。

表　２ 第１６図は本発明の他の実施例であり、第１２図で示し
たガス化炉と異なるのは下段バーナの構造、配置である
。本実施例では下段バーナ９を１本にし、スラグ取出口
１１の真下から垂直上向きに石炭を吹き出す。この場合
、石炭、ガス化剤が旋回しながら吹出すようなバーナ構
造とする。本実施例は、下段バーナ９の旋回円径を極限
近くまで小さくした場合であり、石炭灰の溶融温度が極
めて高く、スラグ流下が困難な場合に適する。

下段バーナ９の構造は第１７図及び第１８図に示したよ
うにガス化剤６の吹出しノズルの向きを円周方向に向け
る旋回板４０を設けることで、バーナ火炎に旋回流が与
えられる。本実施例は、下段バーナ９が１本であるため
、旋回力は複数バーナより弱く、大型化に関しては第１
２図の構成よシネ利であるが、噴流層ガス化炉の適用炭
種拡大には効果的である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス化室の上部バーナよシ供給した石
炭から前記（１）、（３）式の反応で生成したチャーは
、ガス化室の下部へ旋回しながら下降するので、下部バ
ーナよす供給した石炭から前記（２）。

（４）式の反応によって生成した）（２０，ＣＯ□　と
充分な時間しかも広い領域で接触するので反応が促進さ
れ完全にガス化される。したがって噴流層ガス化炉のガ
ス化効率を向上するのに極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はモデルガス化炉の概念図、第３図は
第１図及び第２図の炉内における粒子滞留時間を比較し
た線図、第４図は第２図のガス化炉内の流れを示す説明
図、第５図はモデルガス化炉内の流速分布を示す説明図
、第６図は第５図の円周方向速度の半径方向の速度分布
を示す線図、第７図はモデルガス化炉内の静圧分布を示
す説明図、第８図は第７図の半径方向位置における差圧
及び静圧を示す線図、第９図は本発明ガス化炉の概念図
、第１Ｏ図は第９図の温度分布とガス反応を示した図、
第１１図は本発明石炭ガス化炉が組込まれた石炭ガス化
フロー図、第１２図は本発明ガス化炉の一実施例を示す
要部縦断面図、第１３歯及び第１４図は第１２図の上、
下バーナ部分の横断面図、第１５図は第１２図のガス化
炉の粒子滞留時間の説明図、第１６図は本発明ガス化炉
の他の実施例を示す要部縦断面図、第１７図は第１６図
に設けられた下方のバーナの先端部分の平面図、第１８
図は第１７図のＡ−Ａ断面図である。 ２・・・生成ガス取出口、５・・・微粉炭、６・・・ガ
ス化剤、７・・・上段バーナ、８・・・ガス化室、９・
・・下段バーナ、１１・・・スラグ取出口、２２・・・
ガス化炉。 代理人　弁理士　高橋明夫 ０４ 第　３図 第　５図 第２図 判ぞ★（−） 第７０ ゛　絞り（＋、５．　／ｉ１４昼　絞ゾａ、ｓ、季し引
ε第１２図 号 ６　６−５７−０ 刀Ｉ鮭νす乏 又ブシ　イ先 第７７図 第１頁の続き ＠発明者　戸室　仁− ＠発明者野北　骨分 ０発　明　者　宮　寺　博 ワ ■発明者菱沼　孝夫 〕 ＠発明者野口　芳樹［ 日立市幸町３丁目１番１号　株式会社日立製作所日立研
究折内 ヨ立市幸町３丁目１番１号　株式会社日立製作所日立研
究訴内 ヨ立市幸町３丁目１番１号　株式会社日立製作所日立研
究折内 日立市幸町３丁目１番１号　株式会社日立製作所日立研
究折内 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地　株式会社日立
製乍所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス化室上部にこのガス化室の水平断面積より小径
   のガス取出口を設けると共に底部にはスラグ取出口を設
   けた石炭ガス化炉において、石炭とガス化剤の混合流体
   を旋回させて噴出するバーナをガス化室高さ方向に少な
   くとも２段に配置し、るガス化剤の割合を上段のバーナ
   より下段のバーナを多くしたことを特徴とする石炭ガス
   化炉。 ２、上段のバーナから噴出される混合流体の旋回円径を
   下段のバーナから噴出される混合流体の旋回円径よりも
   大きく形成したことを特徴とする特許請求Ω範囲第１項
   記載の石炭ガス化炉。 ３、上下各段のバーナから噴出される混合流体の旋回方
   向を同方向としたことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の石炭ガス化炉。 ４、上段のバーナの設置部分における混合流体の旋回円
   径なガス化室内径の０．７〜０，８に、また、下段のバ
   ーナの設置部分における混合流体の旋回円径を、上記旋
   回円径の０．２５〜０．４に形成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の石炭ガス化炉。 ５、上下各段のバーナから噴出された混合流体の旋回に
   よってガス化室の中心部よｐ壁側の静圧を高くなし、ま
   た、壁側の静圧をガス化室下部よシ上部の方を高くした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の石炭ガス
   化炉。 ６、ガス取出口の口径を、下段バーナから噴出される混
   合流体の旋回円径とほぼ同じにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の石炭ガス化炉。