JPS62283190A - 固体炭素質物質のガス化方法および装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、固体炭素質物質のガス化方法および装置に関
する。

より詳述すれば、本発明は、石炭、コークス、ピッチ等
の固体炭素質物質（以下、「石炭」で代表する）を、ラ
ンスおよび／または羽口を介して酸素、水蒸気、二酸化
炭素等のガス化剤（以下、「酸素」で代表する）ととも
に溶融鉄浴等の溶融金属浴（以下、「鉄浴」で代表する
）に添加してガス化を行うに際しての排滓方法とその装
置の改良に関するものである。

（従来の技術） これまでにも、鉄浴内で石炭をガス化するための方法（
以下、「鉄浴石炭ガス化法」と略称する）および装置に
はすでに多くのものが公知である。

例えば、それらは、特公昭３５−１０１０９号、４６−
１５６１号および特開昭５２−４１６０５号、同５５−
８９３９５号、同５４−１３０６０３号、同５７−３８
８８６号、同５４−１３０６０２号、同５７−１０４６
１６号、同５８−１７１４８１号、同５８−１７１４８
２号などに開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来の鉄浴石炭ガス化法には次のような問題点
が未解決のまま残されている。

すなわち、石炭中の天分などはおよそ１５００℃のガス
化反応容器内では溶融してスラグとなり鉄浴上に浮遊す
る。操業が長時間連続する場合はスラグを炉外に取り出
す必要が生ずるが、石炭および酸素が高速で鉄浴に吹込
まれおよび／または吹き付けられ、浴面が激しく変動す
るためスラグ液面の変動も著しい。したがって、華純に
炉壁側に排滓孔を開けただけでは、スラグの噴出、ガス
吹き、？８鉄の流出などが起こり、ガス化装置の高圧下
での運転中に円滑な排滓を行うことが困難となる。

また、スラグの温度が低下した場合はスラグ粘度が増加
し、排滓孔が閉塞するので円滑な排滓は困難となる。逆
にスラグ温度が上昇した場合は排滓は問題ないものの耐
火物の損耗が著しくなり、ガス化炉の寿命が短くなる欠
点がある。

かくして、本発明の目的は、鉄浴石炭ガス化法において
円滑な排滓を行いながら、長時間にわたる安定化した運
転を可能とする方法および装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記のような従来の欠陥を解消するためになさ
れたものであり、その要旨とするところは、ガス化部に
おいて固体炭素質物質をガス化剤とともに溶融金属浴に
吹込むことおよび／または吹き付けることにより該固体
炭素買物質のガス化を行い、その際生成したスラグは、
前記ガス化を行うガス化部に隣接した排滓部を経て除去
することからなる固体炭素質物質のガス化方法であって
、前記排滓部の少なくとも一部に粒状固体炭素質物質を
充填して、この粒状固体炭素質物質の充填層を通して排
滓するとともに、咳排滓部の上部に生成ガス回収用の排
気管を設けることによって、前記の生成ガスを該充填層
を通して回収することを特徴とする前記ガス化方法であ
る。

また、本発明はその別の特徴によれば、固体炭素質物質
およびガス化剤の溶融金属浴への吹き付け用および／ま
たは吹き込み用のランスおよび／または羽口を備えたガ
ス化部と、該ガス化部に隣接して設けられ、少なくとも
その一部に粒状固体炭素質物質の充填層を収容する排滓
部とから成り、該排滓部の上部に生成ガスの回収口を備
えた、溶融金属浴を使った固体炭素質物質のガス化装置
である。

本発明の好適態様にあっては、前記ガス化部と排滓部と
の間には沈降部が設けられている。この沈降部は底が浅
く、少なくともその一部に粒状固体炭素質物質の充填層
を収容している。この沈降部の一端にセキを設け、これ
を越えてスラグが排滓部に流入するように構成してもよ
い。また、このセキには傾斜樋を設け、これを経てスラ
グが排滓部に流入するようにしてもよい。

さらに好ましい態様にあっては、華−炉を仕切壁によっ
て２区画に分け、それぞれガス化部、排滓部としてもよ
い。

このように、本発明の木質的特徴とするところは、 （１）排滓部にコークス、石炭等の粒状固体炭素質物質
（以下、「コークス」で代表する）を充填し、スラグを
そのコークス充＠層の中を炉内から排滓孔の出口に向け
て移動させるとともに、生成ガスを該充填層を経て回収
口より回収する；（２）スラグの温度が低い場合は必要
に応じて酸素ガスなどの反応性気体（以下、［酸素Ｊで
代表する）を導入してコークスの一部を燃焼させ、コー
クス充填層を赤熱させることによりスラグを昇温しスラ
グの流動性の向上を図る： （３）排滓部に充填したコークスの一部をガス化部にも
到達させ、ガス化反応容器内のスラグ液面の上下振動お
よび変動を鎮静させることにより、排滓孔からのガス吹
き、溶鉄の流出を防止するとともに耐火物の損耗防止を
図る； ことである。

かくして、本発明によれば、円滑な排滓とガス化反応容
器の耐火物の寿命延長の効果がある。さらに副次的には
、予想外にも、生成ガス中に含まれるスラグ／石炭灰分
の粒子はコークス充填層を１１１１遇する間に実質上す
べて除去される。また、コークスの存在によってスラグ
中に混入してくる酸化鉄は金属鉄にまで還元され、その
ような金属鉄をガス化部に戻すことによって鉄の消費を
少なくできる。

本発明における石炭ガス化反応容器の排滓部の少な（と
も一部は粒状コークス、つまりコークス塊により充填さ
れる。このコークスの粒径は充填層の中を生成ガスおよ
びスラグが移動できる程度の大きさとすることが必要で
ある以外はその大きさを特に限定するものではない。通
常、そのようなコークスは直径２０〜５０ｍｍのもので
ある。排滓部はガス化反応容器の一部であってもよいし
、ガス化反応容器に接続した独立の構造のものであって
もよい。排滓部には連続的あるいは間欠的排滓機構を設
けてもよい。いずれにしても排滓部のＦＲ造を特定の構
造のものに限定するものではない。

コークス充填層によってガス化部のスラグ液面の上下振
動を鎮静化しようとする場合にはこのコークス充填層を
一部ガス化部にまで拡大させ、そのスソ部分を溶融スラ
グ層に浸漬させるようにするのが好ましい。

排滓部の特にガス化操業中スラグの温度低下が予想され
る部分には前述のようにコークスとの反応性に富む酸素
で代表される反応性気体をコークス充填層に吹き込むこ
とができる酸素ランスを設置するのが好ましい。

上記のような構成の石炭ガス化装置においては、ダスト
を含む生成ガスはコークス充填層を通過した後、回収口
を経由して系外に取り出されるので、生成ガスに含まれ
るスラグ／灰分の粒子の実質上すべてはコークス充填層
により捕捉され、？ｌ！浄なガスが容易に得られる効果
がある。さらに、生成ガス中には多くとも５％以下のＣ
Ｏ□、Ｈ２０ガスが含まれているが、コークス充填層を
通することによりガス改質反応が進行し、生成ガス中の
Ｃ０１ｌｈガス組成割合が増大し、その結果、ガス組成
の向上が図られる効果がある。

コークス充填層の下方では、溶融スラグが排滓口に向け
て移動する。したがって、温度降下がみられる場合、ス
ラグ流動性が低下してしまい、排滓口の閉塞などの事故
も考えられる。しかしながら、本発明によれば、酸素ガ
スの吹き込み流量を制御することにより溶融スラグの温
度をおよそ１３００〜１６５０℃の任意の値に設定する
ことが可能であり、スラグの温度が下がり凝固が発生す
るなどの問題は起こらない利点がある。

さらに、蒸気も併用してコークス充填層に吹き込むこと
により、コークス充填層の降下速度を制御することがで
き、コークス充填層に堆積するダストの増加によるコー
クス充填層内の圧力損失の増加を防止するとともに、排
滓部からのゲストの系外排出を促進することもできる。

沈降部を好ましくはガス化部と排滓部との間に設けるこ
とによってスラグ中から鉄粒子を回収するようにしても
よい、この沈降部にもまた少なくともその一部にコーク
ス充填層が設けられている。

ところで、本発明による石炭ガス化装置にあっては、ガ
ス化部を構成するガス化反応容器が連結部を介して排滓
部に接続している構造のガス化装置の場合は、この連結
部にも排滓部のコークス充填層が伸長してきているよう
にするのが好ましい。

ガス化反応容器内に排滓部が設けられている場合には、
炉の天井部もしくは側壁部に設けたコークス投入口から
コークスを投入してコークス充填層を形成してもよく、
その場合、少なくとも一部の炉側壁に沿ってコークス充
填層が形成され、このコークス充填層を通過して生成ガ
ス、スラグがそれぞれ回収され、排出されるようにする
。

上記のいずれの構造を有するガス化装置でもコークス充
填層の一部がガス化反応容器内ではスラグ液面上あるい
はときには溶融鉄中にあって、特に炉の側壁近傍に浮遊
する。この現象が現われるのはコークスと溶融金属の比
重の違いおよびそれらの運動によるものである。

コークス充填層はスラグ層の上下振動を鎮静する働きが
あり、また、炉耐火物の機械的を員耗防止、溶鉄の排滓
への巻込み防止などの効果を発揮する。

以下、本発明の具体化例を添付図面にもとづいて説明す
る。

添付図面の第１図は本発明の第１の具体化例である石炭
ガス化装置の一部に関する略式説明図である。

円筒形状のガス化反応容器１は耐火物２が内張りされて
おり、鉄皮３により気密性を維持するとともに炉内の圧
力に耐える構造になっている。ガス化反応容器の天井部
分および炉底部分には溶融鉄浴１９に石炭、酸素および
水蒸気を吹き込むことができる多孔ランス４および羽口
４″が設置されている。

ガス化反応容器ｌに隣接して排滓室５が設置されており
、排滓室５にはコークス充填Ｎ１６が設けられている。

これら両者はスラグライン近傍の高さに設けられた接続
管６を介して互いに結合されている。排滓室５の上部に
はコークスの装入ホッパー７と、排熱回収ボイラー９を
備えた生成ガス回収口８とが取り付けてあり、下部には
スラグ、ダスト、コークスなどの排出口１０が取り付け
である０図示例では、排滓室５の下部と接続管６にはコ
ークスの燃焼および消費を促す酸素、水蒸気などの反応
性気体の吹き込み用ランス１１がそれぞれ取り付けであ
る。排滓室５の下方には排気口ｌＯ“が設けられている
。

排滓室５に装入されたコークスは一部邪度板１２を越え
てガス化炉１の方に移動してゆき、溶融スラグ層１８の
中に落ち込みそのうえに浮遊し、あるいは比重差により
溶融鉄浴１９の中に浮遊し、溶融スラグ層１８の上下撮
動、変動を鎮静化する作用をする。

ここで、具体的な例を挙げると、第１図に台いて有効径
３１１、有効炉高５ｍの上記の石炭ガス化装置における
代表的なガス化条件は次の通りであった。

ガス化反応容器に石炭６．７ｔ／Ｈ１酸素３００ＯＮ＋
ｓ”／Ｈ１水蒸気１０００ｋｇ／Ｈをおよそ１４５０℃
の溶融鉄浴に噴射して、３　ｂａｒの加圧下で石炭のガ
ス化を行った。

排滓室にはコークス充填層を設けたが、そのときのコー
クスの平均粒度は３５ＩＩＩＭ（直径）であった。

この場合のガス化操業の概略は次のようであった。

スラグの生成速度はおよそ７００　ｋｇ／Ｈであり、ス
ラグ排出口１０を適宜開けて系外にスラグを取り出した
。コークスの一部は接続管を介して排滓室からガス化反
応容器に移動し、溶融スラグ中に浸漬されるので接続管
近傍でスラグの上下振動ははとんと認められず、従来の
ガス化装置に見られたような溶鉄が接続管６を介して排
滓室５に流出する現象は発生せず、掻く少量の金属粒子
が排出スラグ中に混入していただけで溶鉄とスラグの分
離は極めて良好であった。

耐火物を保護し炉寿命の延長を図る観点から溶融鉄の平
均温度を従来の操業方式より５０℃（計算値）程度下げ
て操業を行ったが、溶融鉄浴の平均温度は、スラグ温度
が変動して最低となった場合にも、満足のゆくスラグ流
動性を得る温度よりわずかに低くなる程度にすぎなかっ
た。そのため、円滑な排滓を行うためには本例では炉内
噴射酸素ガス流量のおよそ３％の酸素を接続管６でラン
スから噴射しただけであった。また、接続管６の温度調
整とコークス充填層による温度降下の補償の目的で併せ
て水蒸気を少量噴射した。これにより、スラグ温度は上
昇し円滑な排滓が可能となった。

このときの排滓室５のコークス温度を測定したところ、
ガス化室から生成ガス回収口８に向かうガス流れ全体に
沿って１３００〜１６５０°Ｃの高温帯が確認された。

本発明による操業では平均溶鉄温度を従来より５０℃　
（計算値）程低い状態で操業することができたので、耐
火物の損耗速度が計算値で５０％低下し炉寿命を同じく
計算値で５０％伸ばす効果が認められた。

生成ガスはガス化反応容器を出た後、コークス充填層を
通過して熱交換のため排熱ボイラーを経て回収口から系
外に取りだされた。従来にあっては生成ガス中にはガス
化室における浴面およびガスの激しい撹拌作用で生成し
た多量の溶融スラグ／石炭灰分の粒子が含有されており
、それらが排熱ボイラーの内壁に付着して熱伝達を阻害
したのであった。

さらに、生成ガスは操業条件によって変わるが３〜１０
％のＣＯ□＋）２０を含有している。しかし、本発明に
よれば、前述の同伴されたスラグ／石炭天分の粒子はコ
ークス充填層を通過する間に除去され、そのようにして
除去されたスラグ／石炭天分の粒子は流出するスラグお
よびコークス層とともに排滓室から取り出されるのであ
る。したがって、排熱ボイラーの内壁へのスラグ／灰分
の沈着は減少し、生成ガスもより効率的に冷却される。

排熱ボイラーを出るときの温度ははり１００℃（計算値
）低くなった。コークス充填層の頂部と底部との間の圧
力降下は２００ｍｎＡｑ　（計算値）だけわずかに増加
したが、その程度では実際上何ら問題とならなかった。

結局、生成ガス中のＣＯ□十８１０は１％以下であった
。

第２図は本発明の石炭ガス化装置の第２の具体化例を示
すもので、ガス化室ｌと排滓室５との間には、接続管６
の代わりに沈降室２０が設けられている。沈降室２０の
一端には水冷型のセキ２２が設けられている。スラグお
よび溶融鉄の混合物は、この沈降室２０内にある間に互
いに効率的に分離される。ガス化室で生成したスラグは
セキ２２を越えて連続的に流出し、そのためスラグ層の
厚さを一定に保つことができる。第２図においてその他
の部材は第１図のそれに同じである。

次に、第３図は本発明の第３の具体化例である石炭ガス
化装置の一部に関する略式説明図である。

ガス化部と排滓部とが同一のガス化反応容器内に設けら
れている。第１図の場合と同一の部材は同一符号で示す
。

第１図とほぼ類似の円筒形状のガス化反応容器１の天井
部には多孔ランス４と生成ガス回収口８、側壁部にはコ
ークスを燃焼、加熱するための酸素吹き込みランス１」
とスラグ排出口ＩＯが設置しである。さらに生成ガス回
収口８の途中にはコークス装入ホッパー７が接続された
構造になっている。

ここで、有効径３ｍ、　を効長さ５ｍの上記の第３図に
示す石炭ガス化装置における代表的なガス化条件は第１
の具体化例にほぼ同じであった。

溶鉄とスラグの分離、スラグの流動性の制御、耐火物の
慣耗防止、生成ガスに含まれるダストの熱間除塵および
生成ガス中のＣＯ□、１１□０の改質は第１の具体化例
の場合とほぼ同等の効果を上げることができた。

第４図は、沈降室２０に設けたセキ２２に傾斜樋２４が
取付けられ、ガス化室ｌから排滓室５に排出されたスラ
グが排滓口２６から間欠的に取り出される場合の例を示
す、排滓室５のスラグ液面が低い場合、マッドガンによ
って排滓口を閉じ、ある時間経過後それを開いて排滓す
る。

排滓室５および沈降室２０には、コークス充填層（図示
せず）が設けられており、それを通してスラグばかりで
なく生成ガスも排滓室５から取り出される。その際、酸
素ガスの吹込みにより燃焼した赤熱充填コークス中をス
ラグが通過するので、スラグの温度は上昇し、流動性が
確保される。さらに、沈降室２０には液面の変動がみら
れないためスラグに同伴された溶融金属粒子の大部分は
沈降し、溶融鉄浴に戻される。このようにして分離され
た溶融スラグは連続的にセキを越えて流出し、それに接
続された傾斜樋をつたわって排滓室に入る。したがって
、スラグ層の厚さは一定に保たれる。セキおよび樋は水
冷パネルから構成してもよい。

第４図においても第１図との同一部材は同一符号で示す
。

（発明の効果） このように、本発明によればコークス充填層を設けるこ
とによりスラグ、溶鉄の分離が効果的に行われ、しかも
生成ガスからの除塵さらにはその改質も予想外に効果的
に行われるのである。

さらに、コークス充填層の一部の燃焼を行うことにより
スラグ流動性の低下を防止でき、したがってより低温で
のガス化操業が可能となって炉寿命延長に大きく寄与す
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる石炭ガス化装置の略式説明図
； 第２図は、同じく別の態様の石炭ガス化装置の略式説明
図； 第３図は、さらに別の態様の石炭ガスか装置の略式説明
図；および 第４図は、一部破壊して示すなおさらに別の態様の石炭
ガス化装置の略式説明図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体炭素質物質をガス化剤とともに溶融金属浴に
   吹込むことおよび／または吹付けることにより該固体炭
   素質物質のガス化を行い、その際生成したスラグは、前
   記ガス化を行うガス化部から該ガス化部に隣接した排滓
   部に案内して除去することからなる固体炭素質物質のガ
   ス化方法であって、前記排滓部の少なくとも一部に粒状
   固体炭素質物質を充填し、前記の生成スラグをこの粒状
   固体炭素質物質の充填層を通して除去するとともに、該
   排滓部の上部に生成ガスの回収口を設け、前記ガス化に
   より生成した生成ガスを該充填層を通して回収すること
   を特徴とする前記ガス化方法。
2. （２）前記排滓部の上方から前記粒状固体炭素質物質を
   投入しつつ、前記充填層に反応性気体を吹き込んで該粒
   状固体炭素質物質の一部を燃焼することをさらに特徴と
   する、特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）前記粒状固体炭素質物質の充填層のスソ部分を前
   記ガス化部のスラグ層の少なくとも一部に浸漬させるこ
   とによって該スラグ層の上下振動および変動を鎮静化さ
   せる、特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）固体炭素質物質およびガス化剤の溶融金属浴への
   吹き込み用および吹き付け用のランスおよび／または羽
   口を備え、溶融金属浴を収容するガス化部と、該ガス化
   部に隣接して設けられ、粒状固体炭素質物質の充填層を
   収容するとともに上部に生成ガスの回収口を備えた排滓
   部とから成る、溶融金属浴による固体炭素質物質のガス
   化装置。
5. （５）前記ガス化部と排滓部とが離間設置され、接続管
   を介して接続されており、該接続管の上部に邪魔板を垂
   下設置したことを特徴とする、特許請求の範囲第４項記
   載の装置。
6. （６）前記ガス化部と排滓部とが同一のガス化容器内に
   設けられており、少なくとも一部の側壁部に沿って前記
   充填層が形成できるように天井部もしくは側壁部に粒状
   固体炭素質物質の投入口を有するとともに、該投入口が
   同時に生成ガスの回収口に連接されていることを特徴と
   する、特許請求の範囲第４項記載の装置。
7. （７）前記粒状固体炭素質物質の充填層の下方に燃焼用
   反応気体を吹き込む少なくとも１つのランスをさらに備
   えた特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記
   載の装置。
8. （８）前記ガス化部と排滓部との間に沈降部を設け、該
   沈降部にコークス充填層を設けた、特許請求の範囲第４
   項記載の装置。
9. （９）前記沈降部の一端にセキを設けた、特許請求の範
   囲第８項記載の装置。
10. （１０）前記セキが傾斜樋に接続されて、該傾斜樋上を
    スラグが流れて排滓室に至る、特許請求の範囲第９項記
    載の装置。