JPS614788A - 炭素気化法 - 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】 本発明は、炭素質出発材料から主としてＣＯおよびＨ２
からなる高温ガスを発生させる際に、酸化剤および任意
の造滓剤を伴なう粉末形態の該出発材料を搬送ガスを介
して気化室に導入し、該気化室内で出発材料を燃焼させ
そして少なくとも部分的に気化するガス発生方法に関す
るものである。

現在、ある含有量の一酸化炭素および水素を基本とする
還元あるいは燃焼ガスは種々の形式のプロセスで発生せ
しめられているが、その動作原理は各種の完全に異なる
原理に基づいており、そしてそれらのすべてにある種の
欠点がある。通常、必要なエネルギーを発生させるには
空室中に炭素質出発材料を噴射してこれを酸化剤で燃焼
させることによっている。プロセス中のエネルギーの必
要を満たすためには、生成したＣＯおよびＨ２のある量
を燃焼させなければならないが、この結果ガス中の二酸
化炭素および水の含有量が所望のものより高くなる。

従って公知の炭素気化プロセスで発生したガスからその
二酸化炭素の一部の含量を取シ除かなければならず、こ
れはまずガスをまず冷却して次に再び加熱しなければな
らないことを意味する。またタールおよびフェノールが
生成するような低温を使用する方法もあるが、このため
にはガスを洗浄し次に後工程で使用する場合は再加熱を
しなければならない。

本発明の主たる目的は、上述の背景を考慮して主として
一酸化炭素および水素から成る高温の還元または燃焼ガ
スを発生させる方法において、放出ガスの温度および組
成の制御を可能とするとともにエネルギーの最適利用を
行いうる方法を提供することにある。

上記目的および他の目的は、本発明によると、気化室内
で出発材料を燃焼させそして少なくとも部分的に気化し
、次に得られた混合物を固体炭素質塊状材料床を含むシ
ャフトに導入する方法であって、該気化室から出る混合
物の物理的熱含量（ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ
　ｃｏｎｔｅｎｔ　）を塊状材料床内で用いてガス中の
二酸化炭素および水の含有量を減少させ、さらにガス発
生プロセスを制御して、シャフトを去るガスの温度およ
び組成が次工程で該ガスを使用するに適せしめるガス発
生方法により達成される。なお好ましい炭素質固体材料
はコークスである。

酸化剤は０２．Ｈ２Ｏ，ＣＯ２もしくは空気あるいはこ
れらの任意の混合物であってよい。

本発明のひとつの実施態様によると、炭素質出発材料の
一部と発熱的もしくは自動熱的に反応するＨ　２０最大
約２０％を有する過剰の空気および／または酸素を供給
して必要エネルギを室内で発生させる。

本発明の次の実施態様によると、気化室に外部熱エネル
ギを供給し、この際プラズマ発生器で加熱されたキャリ
ヤガスによって外部熱エネルギを供給することができ、
そして０□、Ｈ２Ｏ，空気、ＣＯ十Ｈｉ　＋ＣＯ２＋Ｈ
２０を含有する循環ガスの群あるいはこの群のこれらの
１種もしくは２種の成分の混合物よシキャリャガスを選
択することができる。

本発明の他の実施態様によると搬送ガスは酸化性ガスよ
υなる。

本発明のさらに他の実施態様によると、炭素質材料の導
入に使用する水蒸気および／またはキャリヤガスとして
任′意に使用する水蒸気を、装置の水冷部内の加圧冷却
システムで加熱された冷却剤を用いて部分的もしくは全
体的に発生させるか、かつ／または発生ガス中の物理的
熱を用いて発生させる。

本発明の別の実施態様によると気化室を出るガスの物理
的熱含有量を用いて、コークス床中に外部から噴射され
、二炭化炭素および／または水を含有するガスを一酸化
炭素および水素に転換せしめる。

本発明のさらに別の実施態様によると、コークス充満シ
ャフトの前および／または後でガス中の二酸化炭素含有
′量および／または酸素ポテンシャルを分析することに
よってガス発生プロセスを制御せしめる。

本発明のさらに別の実施態様によると、気化室およびコ
ークス充満室の外で別個にスラグを供給する。この代り
に、すべてのスラグを除去してもよい。

本発明のさらに別の実施態様によると、硫黄アクセプタ
を粉末形態で気化室に噴射するかかつ／または塊状形態
でコークスシャフトに噴射せしめる０ さらに、本発明には、気化室内の材料に回転運動を与え
て、気化室の内壁を保護するスラグ層を作り出すことも
含まれる。

以下本発明の他の特徴、利点および実施態様を説明する
。

本発明の方法は勿論シャフト当シー個の気化室に限られ
るものではなく、むしろひとつのコークス充満シャフト
と接続していくつかの気化室を配列することが好ましい
のである。

ガス化反応の大半を気化室内で行いそして次にコークス
床で反応を完了することの利点は著しいものがある。

本発明によるひとつの利点は、スラグの融点、一般には
約１４００°Ｃを越える高い温度以上でガス化を行いこ
のあとでガスの物理的熱含量を次のシャフトで活用して
炭化反応を行うことにある。

なお炭化反応は約１０００°Ｃで断続する。

上述のところから分かるようにガス内の過剰熱をいくつ
かの方法で使用することができる。例えば気化室内で発
生したガス中の二酸化炭素の含有量は比較的高くてもよ
く、次にこのガスを物理的熱含量を用いてコークス床内
で一酸化炭素に転換する。

気化段階でＣＯ２含有量を増大して操業を行う利点は、
その含有量に起因する高い酸素ポテンシャルによって燃
料と酸化剤の間の反応速度が高められることおよび同時
にすすの堆積が起こる限界を越えてさらに操業が行われ
ることにある。

余剰熱を活用する他のあるいは補充的方法は二酸化炭素
および／あるいは水をコークス床中に噴射することにあ
る。これは例えば部分的に消費され再循環されたガスで
二酸化炭素および水分の含量の高いものを使用して達成
される。

上述のようにコークス床は多数の重要な作用を果たして
おシ以下コークス床をさらに詳しく説明する。

コークス床は気化室からのガス混合物に伴われているコ
ークス微粒子およびスラグ滴を捕集する。

これらの微粒子およびスラグ滴は、コークス床中のコー
クスが消費されると次に気化プロセスに戻される。述っ
て燃料の使用効率が非常に高くなる。

さらにコークス床は貯熱部とし、ての機能を有し、気化
室に供給された熱の一切の変動を均等化する。

さらにコークス床は炭素部としての働きを有し、供給さ
れる酸化剤の量と関連して供給される炭素質材料の量の
一切の変動を均等化する。この結果爆発の危険が少なく
なシ、実際において気化室に供給されている炭素質材料
の量と等量関係で純酸素が添加されない場合でも、爆発
の危険は全く解消される。コークス床のこの働ぎがなけ
れば爆発の危険は極めて深刻な問題となる。

燃料あるいは炭素質出発材料は微細分布形態で供給され
る。本発明の好ましい実施態様によると燃料あるいは炭
素質出発材料は粉末固体材料から成る場合はこれを例え
ば水蒸気で噴射してもよい。

炭素質出発材料は、油、石炭、コークス、木炭、ガス、
泥炭、鋸屑およびこれらの種々の混合物から成る群よシ
選択可能であるために出発材料の選択に関して制限が加
えられているすべての公知の気化方法よシも著しい経済
的な利点が提供される。

酸化剤が高温で従って反応性が高いコークスに達する前
に気化室内で炭素質材料と酸化剤が強制的に反応せしめ
られるためにコークスの消耗程度は大幅に低いレベルに
保たれる。反応に必要な熱を発生させるために燃焼のみ
を利用するならば反応の熱バランスによる制限が生じ、
この結果二酸化炭素含有量が比較的高くなる。従来この
意味するところは二酸化炭素をあとでガスから別段階の
プロセスで除去しなければならないということであった
。しかしながら本発明の方法によるとこの点に何ら問題
はない。Ｈ２Ｏを添加した酸化剤として酸素を使用する
場合には約２０％の水が添加されていると自動熱的（ａ
ｕｔｏｔｈｅｒｍｉｃ　）条件が生じる、すなわち反応
は継続するが過剰のエネルギーは発生しない。もし外的
に熱エネルギーを供給すると過剰のエネルギーが得られ
、これは上述のところに従って次のコークス床で使用す
ることができる。従って電気エネルギーの利用が可能で
あυ、好ましくは、電極の間で発生しているプラズマ中
をキャリアガスを通過せしめることによってこのキャリ
アガスを　゛　　　　　　　　　　　　　′率禁チ奨±
看著しい高温に加熱する。なおこの加熱には好ましくは
プラズマ発生器による電気エネルギーを利用することが
できる。好ましい実施態様では使用するキャリアガスは
酸素および水蒸気である。しかしキャリアガスとして水
蒸気、Ｈ２Ｏおよび酸素、純粋酸素の混合物あるいは空
気などを使用してもよい。

外部エネルギーを供給すると二酸化炭素および水を酸化
剤として高含有量で含む消費還元ガスを用いることが可
能となる。

好ましい実施態様によると、コークス床におよび／また
はコークス床のあとのガス出口に入る前に気化室の直後
で発生ガス中のＣＯ□または０２分圧の含有量を記録す
ることによってプロセスをコントロールする。かかる気
化室直後の分析を利用して供給炭素質材料と酸化剤の間
の比率を制御することが好ましく、さらに可能ならば放
流ガスの温度も制御することが好ましい。一方コークス
床を去るガスの分析を用いてコークス床に供給されるＣ
Ｏ２および／またはＨ２Ｏの量を制御する。このように
すると例えばスポンジ鉄製造プロセスなどの後工程に所
望の組成および温度を持つ最終ガスを製造しつつ同時に
ほぼ最適なエネルギ消費を達成することができるように
なる。

本発明のプロセスで用いられている温度が高いことを考
慮すると、バーナを有するシャフトの少なくともいくつ
かの部分および気化室の全体を水冷しなければならない
。好ましくは５−６バール過圧近傍の過圧下で作動する
冷却系統を配置すると過熱された冷却剤を使用して蒸気
を発生させ、これを次に搬送ガスおよび／またはキャリ
アガスとして使用できるようになる。かくして冷却系統
の熱損失の利用が可能となる。

気化室の内壁は実質的に円形内壁とすることが好ましい
。本発明によると気化室に導入されたガスおよび材料の
流れを続すて回転運動を与えることができる。次にスラ
グ微粒子を分離して気化室の内壁に保護層を形成するこ
とができよう。ここでスラグ堆積物の厚さは冷却ケース
に除去される熱エネルギーと対流および放射によってス
ラグ表面に供給される熱エネルギーとの間の熱バランス
によって決定される。過剰のスラグを流出させるスラグ
溢出口は気化室とは別に設けてもよくあるいはシャフト
のスラグオーバーフロ一部と結合させてもよい。

微細分割形態の造滓剤および／または硫黄アクセプタは
気化室に炭素質材料と一緒にあるいはこれとは別に噴射
してもよく、および／または造滓剤等を塊状の固体炭素
質材料と一緒にシャフトに導入してコークス床の一部を
形成してもよい。

プラズマ発生器で発生された高温ガスと粉末状で供給さ
れた炭素担持燃料との急速かつ効率的の混合を達成させ
るためには、プラズマ発生器のオリフィスを通して気化
室に高温ガスを導入する。

これは、プラズマ発生器を通過する間にキャリアガスに
回転運動を与え、気化室に入る前に粉末燃料に回転運動
を与えておき、および／または気化室に開放されるプラ
ズマ発生器および／または炭素質燃料の供給手段を接線
的に開放することにより達成される。この結果気化室に
入るに際し高温ガスが膨張してこの乱流が極めて短い混
合空間を作り出すであろう。

以下本発明を実施する装置のひとつの実施態様について
添付図面を参照として本発明のさらに詳しい説明を行う
。

図面は気化室１、およびコークス３で充満されたシャフ
ト２とを有するガス化プラントを示す。

気化室１は水冷された外側のケーシング４および耐火内
張５を有しまた好ましくは実質的に円筒形となっている
。ひとつのシャツ）Ｋ接続していくつかの気化室を配置
することが好ましい。

シャフト２には下部スラグ出口６および上部ガス出ロア
がある。塊状のコークスはシャフト頂部の気密供給手段
８を通ってシャフトに供給される。

気化室１はシャフトの下部に導かれており、そこからガ
スはコークス床を通って通過しガス出口から出る。図示
されている実施態様ではスラグ出口６は気化室およびシ
ャフトに共通になっている。

図示された実施態様ではプラズマ発生器９である少なく
とも一個のバーナーが気化室に組合わされているプラズ
マ発生器は気化室にパルプ手段１０を介して接続されて
いる。酸化剤はプラズマ発生器の中に供給管１１を通し
て導入される０プラズマ発生器を通過するキャリアガス
が酸化剤に含まれていてもよい。なおキャリアガスは別
個のガスであってもよい。プラズマ発生器内に発生され
た高温の乱流ガスはプラズマ発生器の入口１２を通して
気化室に導入される。プラズマ発生器の囲りに同心的に
配設された環状間隙１４中に供給管１３を通して送られ
る搬送ガスを用いて炭素質燃料を導入することが好まし
く、かつ−または造滓剤などの何らかの添加物の供給に
利点をもつランス１５を使用することもできる。

必要ならば、Ｈ２ＯあるいはＣＯ２などの附加酸化剤を
供給するためにシャフト内にランス１６，１７を配置し
てガス内の物理的過剰熱を利用してもよい。これによっ
てガスの温度および組成の制御が可能になる。

コークス床に近接して気化室の末端に、第１の検知装置
１８を配設しまたシャフトからのガス出ロア内に第２の
検知装置１９を配設してガスの温度および／または分析
を行っている。これらの二つの検知装置は供給される外
部エネルギーの制御によるおよび／または供給材料の流
れの変動によるプロセスのコントロールを可能とする。

図面は本発明のプロセスを実施するだめのひとつの実施
態様のプラントを示すのみであるが他の多くの解決法も
可能である。例えば、気化室の周辺に接線的プラズマ発
生器あるいはバーナーを配設して気化室内に循環流を作
り出すことができる。

さらにスラグの分離を容易にするために、気化室を鉛直
にしてもよく、あるいは気化室およびシャフトに個別の
スラグ出口を設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る装置の一具体ｆ＋ｌＪを示す断面図
である。 １−気化室、２−シャフト、３−コークス、４−ケーシ
ング、５−耐火内張、６−下部スラグ出口、７−上部ガ
ス出口、９−プラズマ発生器。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素質出発材料から主としてＣＯおよびＨ＿２から
   なる高温ガスを発生させる際に、酸化剤および任意造滓
   剤を伴なう粉末形態の該出発材料を搬送ガスを介して気
   化室に導入し、該気化室内で出発材料を燃焼させそして
   少なくとも部分的に気化し、得られた混合物を固体炭素
   質塊状材料床を含むシャフトに導入する方法であって、
   該気化室から出る混合物の物理的熱含量を塊状材料床内
   で用いてガス中の二酸化炭素および水の含有量を減少さ
   せ、さらにガス発生プロセスを制御して、シャフトを去
   るガスの温度および組成が次工程で該ガスを使用するに
   適せしめる炭素気化方法。 ２、酸化剤がＯ＿２、Ｈ＿２Ｏ、ＣＯ＿２もしくは空気
   あるいはこれらの混合物である特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３、炭素質出発材料の一部と発熱的もしくは自動熱的に
   反応するＨ＿２Ｏ最大約２０％を有する過剰の空気およ
   び／または酸素を供給して必要エネルギを室内で発生す
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４、気化室に外部熱エネルギを供給する特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の方法。 ５、プラズマ発生器で加熱されたキャリヤガスによって
   外部熱エネルギを供給する特許請求の範囲第４項記載の
   方法。 ６、Ｏ＿２、Ｈ＿２Ｏ、空気、ＣＯ＋Ｈ＿２＋ＣＯ＿２
   ＋Ｈ＿２Ｏを含有する循環ガスの群あるいはこの群のこ
   れらの１種もしくは２種の成分の混合物よりキャリヤガ
   スを選択する特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７、搬送ガスが酸化性ガスよりなる特許請求の範囲第１
   項〜６項の１項に記載の方法。 ８、再循環ガスを用いて粉末状炭素質出発材料を噴射す
   る特許請求の範囲第１項〜６項の１項に記載の方法。 ９、炭素質材料の導入および／またはキャリヤガスとし
   て任意に使用する水蒸気を、装置の水冷部内の加圧冷却
   システムで加熱された冷却剤を用いて部分的もしくは全
   体的に発生させる特許請求の範囲第１項〜８項の１項に
   記載の方法。 １０、プラズマ発生器から出る高温のキャリヤガスを気
   化室に導入する前に該ガスに回転運動を与え、また粉末
   状炭素質燃料を、気化室に流入する高温ガスの周りに同
   心的に導入する特許請求の範囲第５項〜９項の１項に記
   載の方法。 １１、気化室を出るガスの物理的熱含有量を用いて、コ
   ークス床中に外部から噴射され、二炭化炭素および／ま
   たは水を含有するガスを一酸化炭素および水素に転換す
   る特許請求の範囲第１項〜１０項の１項に記載の方法。 １２、コークス充満シャフトの前および／または後でガ
   ス中の二酸化炭素含有量および／または酸素ポテンシャ
   ルを分析することによってガス発生プロセスを制御する
   特許請求の範囲第１項〜１１項の１項に記載の方法。 １３、気化室およびコークス充満室の外で別個にスラグ
   を供給する特許請求の範囲第１項〜１２項の１項に記載
   の方法。 １４、気化室からのスラグをシャフトに供給し、次にそ
   こからスラグを除去する特許請求の範囲第１項〜１２項
   の１項に記載の方法。 １５、硫黄アクセプタを粉末形態で気化室に噴射するか
   かつ／または塊状形態でコークスシャフトに噴射する特
   許請求の範囲第１項〜１４項の１項に記載の方法。 １６、気化室内の材料に回転運動を与えて、気化室の内
   壁を保護するスラグ層を作り出す特許請求の範囲第１項
   〜第１５項の１項に記載の方法。