JPS6297621A - 二段階ガス生成器中で固体炭素質材料から製造したガスを浄化する方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉　　　゛ 本発明は一般的には、二段階ガス生成器中で有用な工業
用ガスを生成させる方法に関し、より詳細には、二段階
ガス生成器中で固体状炭素質材料から生成されるガスを
浄化して浄化された有用な工業用ガスにする方法に関す
る。

〈発明の背景〉 二段階ガス生成プロセスにおいては、塔頂ガスと呼ばれ
る第二段階ガスと、塔底ガスと呼ばれる第一段階ガスと
が生じる。ガス生成器から第一段階ガスと第二段階ガス
とを集めて利用するのが望ましいけれども、これらのガ
スの蒐集は浄化された有用な工業用ガスが産出されるば
かりでなく。

環境上及び経済的に安全且つ確実に行わなければならな
い。

第二段階ガスは、供給石炭とともに導入され或いはガス
生成器内部でつくられる石炭微粉末を主とする固体粒子
と小滴状の油滴のミスト（霧状物）とを含有する。第一
段階ガスには、油滴は含有されていないが、細かく粉砕
された固体粒子が含有されている。固体粒子は、固体の
運動による炭質の解体によって、ガス生成器の下部で形
成される。

従って、第一段階ガス及び第二段階ガスから油滴ミスト
及び固体粒子を除去して、清浄な工業用ガスを生成させ
ることが望ましい。

く従来の技術〉 二段階ガス生成器によフて製造されたガス類から油滴ミ
スト及び固体粒子を除去する種々の方法が試みられてい
る。高温粗製ガス技術（ｈｏｔ　ｒａｙｇａｓ　ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅ）では、第一段階ガス及び第二段階ガスを
別個の独立したサイクロンに送って、油滴及び粒子を除
去している。サイクロン処理後に二つのガス流を合流さ
せて、製品ガスを得る。しかしなから、この方法は、直
径５０ミクロン以下の粒子の除去効率が低い、その結果
、油滴及び粒子の一部分しか製品ガスから除去されず、
従って得られるガスは清浄な工業用ガスにはならない。

高温脱タール・ガス（ｈｏｔ　ｄｅｔａｒｒｅｄ　ｇａ
ｓ）法と呼ばれる処理では、第二段階ガスを静電沈降器
に送り、油滴及び粒子を除去する。第一段階、ガスは。

別途に、サイクロンに送られて粒子が除去される。

その後、処理済のガス流を合流させて、製品ガスを得る
。第一段階ガスから粒子を除去するサイクロンの効率が
低いために、合流したガスはまだかなりの程度の粒子状
汚染物を含有する。この粒子状汚染物のために、得られ
るガスは清浄なガスを必要とする工業的用途には適さな
い。

低温浄化ガス法（ｃｏｌｄ　ｃｌｅａｎ　ｇａｓ　ｍｅ
ｔｈｏｄ）と呼ばれるもう一つの方法では、第二段階ガ
スを静電沈降器に送り、第一段階ガスは別途にサイクロ
ン及び熱交換器に送って、第一段階ガスの温度を約９３
．３℃（２５０°Ｆ）に下げる０次いで、第一段階ガス
を第二段階ガスと混合し、間接冷却スクラッピング塔（
液体を利用した固体及び液体粒子の捕集塔）の内部でガ
ス混合物を水性液体で洗浄・捕集して、スクラッピング
塔内でガス混合物の温度を約３７．８’Ｃ（１００°Ｆ
）にまで下げる。スクラッピング塔を出たガスを静電沈
降器に送って、製品ガスを得る。

しかしなから、上記の方法の主たる欠点は、スクラッピ
ング塔中で生成する水性液体がフェノール類、ピリジン
類並びにアンモニア及び硫化水素等の溶解有機化合物類
を含有することである。この汚染された液体は、ガス生
成設備から排出する前に強力な処理に付すか、焼却を行
なうことにより、環境に衝撃的な悪影響を及ぼさないよ
うにする必要がある。低温浄化ガス法の場合には、上記
の欠点に加えて、スクラッピング塔内での水性液体によ
るスクラッピング効果を高めるためにガス混合物を比較
的低い温度に冷却する必要があるので、第一段階ガス及
び第二段階ガスから多量の熱が失われてしまう。その結
果、工程全体の効率及び経済性はかなり低い。

要するに、従来のガス浄化技術は、広汎な工業用の用途
に供するには重大な欠点がある。従来の浄化技術は、何
れも、清浄な工業用ガスを提供し。

しかも要求される環境上の規制及び経済的制約をともに
満足するものではなかった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従って２本発明の目的は、二段階ガス生成器中で固体状
炭素質材料から浄化されたガスを生成させて、各種の工
業用の用途に供することである。

有用な浄化ガスを環境上及び経済的に安全確実な方法で
提供することも本発明の目的である。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の説明に記載さ
れ又は以下の説明から教示され、或いは本発明の実施に
よって知ることができる。本発明の目的及び利点は、特
許請求の範囲に特定された装置及び組合せによって実現
することができる。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するために、本発明は二段階ガス生成
器中で固体炭素質材料から製造したガスを浄化する方法
であって、 （ａ）二段階ガス生成器から出た第二段階ガスを第一沈
澱装置に送って、第二段階ガスから油滴ミスト及び粒状
物を除去し。

（ｂ）二段階ガス生成器から出た第一段階ガスをサイク
ロン装置に送って、第一段階ガスから粒状物を除去し、 （ｃ）サイクロン装置から出た第一段階ガスを冷却し、 （ｄ）ガス混合物の温度を少なくとも第二段階ガスの温
度に保持しつつ、冷却した第一段階ガスと第一沈澱装置
から出た第二段階ガスとを混合し、（、）ガス混合物の
温度を約−３，８９℃（２５°Ｆ）乃至約５１．７℃（
１２５°Ｆ）の範囲内であって、ガス混合物の水の露点
以上の温度に冷却し、 （ｆ）冷却したガス混合物を第二沈澱装置に送って、油
滴ミスト及び粒状物をガス混合物から除去して、工業的
に有用なガスを得ることを特徴とする方法を提供する。

く作用・効果〉 本発明は、従来のガス浄化技術に伴う種々の問題点を克
服し、本発明の目的を達成するものである。特に、本発
明は清浄な工業用ガスを経済的に且つ環境上安全確実な
方法で提供するものである。

本発明方法によって製造されるガス混合物は、油滴及び
粒状物を比較的少量しか含有しないものであるから、浄
化された燃料ガスが要求される工業的立地条件の場所で
使用できる。

より詳細には、本発明は方法は、大規模な処理及び廃棄
が必要な低温浄化ガス法において形成される濃縮物のよ
うな液状濃縮物を生じることなく、ガスから油滴と粒状
物とを高比率で除去する。スクラッピング塔及び関連設
備が不要にな、るので、本発明方法は、特に低温浄化ガ
ス法と比較した場合に、ガス生成設備のコストを大幅に
低減する。

理論に縛られるものではないが、第二沈澱装置に送る前
にガス混合物を冷却することにより、ガス混合物からの
粒状物の除去を著しく高めることができる。

本発明は、更に先行技術と比較して熱効率が高い。本発
明による製品ガスは、一般に、約１２１．１’Ｃ（２５
０°Ｆ）又はそれ以上の温度で配送され使用される６周
囲温度よりも摂氏温度で４４．４度（華氏温度で８０度
）高いガスの熱は、従来技術の場合には利用されなかっ
た石炭からの回収エネルギーを示すものであり、低温浄
化ガス法では配送されるガス混合物の温度は約３７．８
℃（１００°Ｆ）に低下していた。

〈実施例〉 本発明の上述及びその他の目的、特徴及び利点は、以下
の好ましい実施例についての記載から明らかになろう。

本発明は、二段階ガス生成器中で固体状炭素質材料から
、製造されるガスを浄化する方法を提供する。本発明に
よれば、二段階ガス生成器から出た第二段階ガスが第一
沈降装置に送られて、第二段階ガスから油滴ミストと粒
状物が除去される。二段階ガス生成器の第一段階ガスは
、別個にサイクロン装置に送られて、第一段階ガスから
粒状物が除去される。サイクロン装置を出た第一段階ガ
スは冷却されて、第一沈澱装置を出た第二段階ガスと混
合される。ガス混合物の温度は、少なくとも第二段階ガ
スの温度以上に保たれる０次いでガス混合物を冷却して
、−３，８９℃乃至５１．７℃（２５下乃至１２５°Ｆ
）の範囲内であって、ガス混合物の水の露点以上の温度
にする。次に、冷却されたガス混合物を第二沈澱装置に
送り、ガス混合物から油滴ミストと粒状物とを除去して
、工業的に有用なガスを得る。

さて、添付の図面に図示した本発明の実施例を参照して
説明を続ける。第１図に代表的な二段階ガス生成器１０
を示す。通常は寸度６．３５乃至１．９０ａｍ（２，５
乃至０．７５インチ）の石炭等の炭素質材料をパケット
・エレベータのような持上げ機で搬送して、ポリッシン
グ・スクリーン１２及び計量フィーダ１４に送る。石炭
を篩い分は計量した後、石炭はロック・ホッパー型供給
装置！１８を通って。

ガス生成器１０の上部１７の最上部１６に入る。

石炭は、ガス生成器１０の底部２２から上昇する高温ガ
スと向流しつつガス生成器１０の上部１７を通過する。

ガス生成器１０の上部１７の内部で、石炭は乾燥され揮
発物が揮発して、炭化水素蒸気及び骸炭（ｃｈａｒ）に
なる。

上昇するガスから降下する石炭に熱が移行するので、ガ
ス生成器の上部１７を上昇するガスの温度は約１２１．
１℃（２５０°Ｆ）に下がる。このガス冷却時に、高沸
点の炭化水素類の蒸気が凝縮して、ガス中に小さな油滴
のミストが形成される。この油滴ミストは、第二段階ガ
スの一部分として、ガス生成器１０の最上部１６から出
てゆく。

石炭の熱分解の結果生じた骸炭は、ガス生成器１０の底
部２２を通って下方に送られる。骸炭は、底部２２にお
いて、上昇して来る高温ガス中に含有される水蒸気及び
炭酸ガスと反応して、部分的にガス化される。残りの骸
炭は、灰格子２６の直ぐ上に位置する燃焼区域２４に達
する。空気送入器３０によって送られた水蒸気を水蒸気
入口２８を介して燃焼区域２４に加え、燃焼区域の温度
を制御して過度の灰分の溶融を避ける。

ガス生成器１０の底部２２から出たガスの一部分は蒐集
パイプ３２を介して流れ、管３３を介してガス生成器１
ｏから第一段階ガスとして取り出される。ガス生成器１
ｏの内部のガスの残部は、ガス生成器１０の上部１７を
通って上昇する。既述したように、この上昇ガスが石炭
を乾燥し揮発分を揮発させるに必要な熱を供給する。ガ
ス生成器１０の上部１７の最上部１６のガスは、管３４
を介してガス生成器１０から取り出され、第二段階ガス
になる。

従って、二段階ガス生成器１ｏから出る粗製ガスは、第
一段階ガスと第二段階ガスとから成る。

第二段階ガスの主成分は、水蒸気と、石炭の乾燥と揮発
分の揮発の結果生じる軽質及び重質炭化水素類である。

第二段階ガスには、更に、骸炭のガス化及び部分燃焼の
結果生じる水素と、−酸化炭素と炭酸ガスが含まれてい
る。二段階ガス生成器中で歴青炭から生成する典型的な
第二段階ガスは以下の組成を持つ。

腹−分　　　　　　　　モル％ Ｈ２２７ Ｃ０２４ Ｎ２　　　　　　　　　　　　　３２ Ｈ，Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　Ｏ，４Ｈ２Ｏ１
４ ＣＨ，４ 油蒸気　　　　　　　　　０．６ 第二段階ガスは、二段階ガス生成器中で燃焼させる石炭
の種類によって変わるが、一般的には第二段階ガス１標
準立法フイート（ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｕｂｉｃｆｏｏ
ｔ）当り約１５乃至２０グレイン（ｇｒａｉｎ）の濃度
の油ミストを含有する。又、第二段階ガスは、供給石炭
とともに導入されるか若しくはガス生成器中でつくられ
た主として石炭微粉末から成る固体粒子を含有する。第
二段階ガス中の粒子の濃度は、二段階ガス生成器中に存
在する石炭微粉末の種類によって変るが、最大約１．０
グレイン／ＳＣＦである。勿論、工程で使用する固体炭
素質材料によって、存在する粒状物の濃度は変動する。

第二段階ガスの炭化水素成分は、フェノール類及びピリ
ジン類のような水溶性有機化合物類を炭化水素含有物の
最大数パーセントの濃度で含有する。第二段階ガスを水
の露点以下の温度に冷却すると、水溶性化合物類を含有
する望ましくない水性凝縮物が生じ、種々の環境上及び
経済的な問題を提起する。

二段階ガス生成器中で石炭から製造される第一段階ガス
は１通常は油滴ミストを含有しないが、微粉末状の固体
粒子を最大５グレイン／ＳＣＦの濃度で含有する。固体
の移動に起因する骸炭の解体によって、二段階ガス生成
器の下部で石炭微粉末が生じる。歴青炭から製造された
第一段階ガスの代表的な組成は以下の通りである。

成　分　　　　　　　モル％ Ｃｏ　　　　　　　　　　２９ Ｏ２６ Ｈ２Ｓ　　　　　　　　　　痕跡 Ｈ，Ｏ３ ＣＨ４０ 油蒸気　　　　　　　　　０ 本発明によれば、二段階ガス生成器からの第二段階ガス
を第一沈澱装置に送って、第二段階ガスから油滴ミスト
と粒状物とを除去する。第１図及び第２図に示した実施
例においては、第二段階ガスは二段階ガス生成器１０の
上部１６から管３４を介して取り出されて、第一沈澱装
置３８で示す第一沈澱手段に送られ、第二段階ガスから
油滴ミスト及び粒状物が除去される。第二段階ガスの温
度は、好ましくは９３．３乃至２０４℃（２００乃至４
００°Ｆ）、より好ましくは、　１２１．１乃至１７７
℃（２５０乃至３５０°Ｆ）である。この操作に適した
沈澱装置の一例は、ベルコ・コーポレーション（Ｂｅｌ
ｃｏ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されている油
洗式管状の静電沈澱器である。

第一段階ガスの流量を変えることにより、第二段階ガス
の温度を好ましい温度範囲内に保持する。

第一段階ガスの流量を変えるに適した手段は、管３３に
配設したダンパ弁（ｄａｍｐｅｒ　ｖａｌｖｅ）である
。

本発明によれば、二段階ガス生成器から出た第一段階ガ
スをサイクロン装置に送って、第一段階ガスから粒状物
を取り除く、第１図及び第２図に示すように、第一段階
ガスは、蒐集パイプ３２及び管３３を介して二段階ガス
生成器１ｏの底部から取り出されて、サイクロン４２の
ようなサイクロン装置に送られ、第一段階ガスから粒状
物が除去される。固体粒状物は、管４４を介してサイク
ロン４２から抜き取られる。第一段階ガスの温度は、好
ましくは５３８乃至７６０℃（１０００乃至１４００°
Ｆ）、最も好ましくは６２１乃至６４９℃（１１５０乃
至１２００°Ｆ）である。この目的に適したサイクロン
の一例は、エンピロンメンタル・エレメンツ・コーポレ
ーション（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｌｅｍｅｎ
ｔｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されている。

本発明によれば、サイクロン装置から出た第一段階ガス
を冷却する。第２図に示すように、第一段階ガスがサイ
クロン４２を通過した後に、管４５を介して第一段階ガ
スを熱交換器４６のような冷却装置に供給して、ガスを
冷却する。本発明の一実施例においては、熱交換器４６
は、水蒸気発生器であり、第一段階ガスの冷却時に取り
出した熱によって水蒸気が発生する０発生した水蒸気は
工業的に有用なエネルギー源であり、本発明の効率及び
経済性を向上させる。第一段階ガスの冷却温度は、第一
段階ガスと第二段階ガスとの混合物の温度が第一沈澱装
置３８を通過する第一段階ガスと混合する前の第二段階
ガスの温度よりも低くなるように選定・保持する。第一
段階ガスと第二段階ガスとの混合物の混合直後における
温度が９３．３乃至２０４℃になるのが好ましい。使用
に適した熱交換器は、ＴＥＭＡ　（Ｔｕｂｕｌａｒ　Ｈ
ｅａｔ　ＥｘｃｈａｎｇｅｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ
ｓ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ）のタイプＡＥＴである。

本発明の第二実施例の場合、熱交換器は気体・気体熱交
換器であり、第一段階ガスは沈澱装置５６を通るガスを
再加熱することにより冷却される。

２０４℃（４００°Ｆ）又はそれ以上に再加熱されたガ
スは、検知熱含量が増大した工業的に有用な浄化ガスで
あり、本発明の効率及び経済性が向上する。第一段階ガ
スの冷却温度は、第一沈澱装置３８を通過する第一段階
ガスと混合する前の第二段階ガスの温度よりも、混合後
の第一段階ガス及び第二段階ガス混合物の温度のほうが
低くなるように１選定し保持する。第一段階ガスと第二
段階ガスの混合物の混合直後における温度を約９３．３
乃至２０４℃（２００乃至４００’Ｆ）にするのが好ま
しい。使用に適した熱交換器は、ＴＥＭＡタイプＡＥＴ
として設計された熱交換器である。

本発明によれば、冷却された第一段階ガスと。

沈澱装置から出た第二段階ガスとを混合し、ガス混合物
の温度が少くとも第二段階ガスの温度以下になるように
する。第２図の実施例に示すように。

管４８を介して熱交換器４６から第一段階ガスを供給し
、混合器５１の内部で、第一沈澱装置３８から管４９を
介して供給された第二段階ガスと混合する。

本発明によれば、第一段階ガスと第二段階ガスとを混合
した後、混合物を約−３，８９乃至５１．７℃（２５乃
至１２５°Ｆ）の範囲内のガス混合物の水の露点以上の
温度に冷却する。第２図の実施例の場合には、第一段階
ガスと第二段階ガスの混合物を好ましくは熱交換器５２
に供給して、ガス混合物を約−３，８９乃至５１．７℃
（２５乃至１２５°Ｆ）の範囲内であって、ガス混合物
の水の露点以上の温度に冷却する。

これに適した熱交換器は、ＴＥＭＡタイプＡＥＴとして
設計された熱交換器である。

本明細書中で使用するｒ水の露点」という用語は、ガス
混合物が水分で飽和される温度を意味する。−例を挙げ
ると１本発明に従って歴青炭からつくったガス混合物の
水の露点は、約３２．２乃至５４．４℃（９０乃至１３
０°Ｆ）である。当業者は、特に面倒な実験をすること
なく、特定のガス混合物の露点を測定できる。

本発明によれば、冷却したガス混合物を第二沈澱装置に
送り、混合物から油滴ミスト及び粒状物を除去して、工
業的に有用なガスを得る。第２図に示すように、ガス混
合物を熱交換器５２から管５４を介して第二の静電沈澱
装置５６に送って、ガス混合物から油滴ミストと粒状物
とを除去し、管５８を介して有用な工業用ガスを得る。

第二静電沈澱装置５６の内部の温度を第一静電沈澱装置
３８の内部の温度よりも低い温度に保持することにより
、第二静電沈澱装置５６の内部において油を凝縮させて
粒状物の除去効率を著しく高めることができる。

軽質油及び固状物は、管６０を介して第二静電沈澱装置
５６から抜き取られる。軽質油及び固状物は、ドラム６
１に導いて第一静電沈澱装置３８からの軽質油及び固状
物と混合し、て、タール分を形成させることもできる。

使用に適した静電沈澱装置５６の一例は、ベルコ・コー
ポレーションから市販されている油洗式管状の静電沈澱
装置である。

〈効果〉 本発明方法の実施によって得られるガスは油滴ミスト及
び固体状汚染物を含有しないので、種々の工業的用途に
利用できる。従って、得られる浄化ガスは工業用燃料ガ
スとしても使用できる。

本発明方法によって配送されるガスの温度は約１２１．
１乃至２０４℃（２５０乃至４００°Ｆ）又はそれ以上
の温度であるから、ガス製造設備全体の熱効率が高い。

従って１本発明方法は炭素質供給物から発生する熱の大
部分を保存する方法である。

更に、低温浄化ガス処理技術とは異なり、本発明方法は
フェノール類及びピリジン類のような種々の有機汚染物
から成る望ましくない酸性水を生じない。理論に縛られ
るものではないが、ガス生成器から出た粗製ガスを水の
露点以上の温度で浄化処理することにより１本発明方法
は望ましくない水及びピリジン水の凝縮を回避した方法
である。

本発明の技術的範囲及び技術的思想から逸脱することな
く、本発明に各種の修正及び変更を加えることは当業者
にとっては容易なことである。

【図面の簡単な説明】

本明細書ｔこ添付された本明細書の一部分を構成してい
る図面は、本発明の種々の実施例を示すものであり、詳
細な説明とともに本発明の詳細な説明に役立つものであ
る。 第１図は、本発明において使用する二段階低温ガス生成
器の説明図である。 第２図は、本発明方法の概略説明図である・１０・・二
段階ガス生成器、３８・・第一沈澱装置、４２・・サイ
クロン、４６°°熱交換器・５６・・第二沈澱装置。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・ニー・ニス・
ニー・コーポレイション 代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　直向　　　　　　
酒　　井　　　　　　−同　　　　　　兼　　坂　　　
　　繁 Ｈθｌ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）二段階ガス生成器中で固体炭素質材料から製造した
   ガスを浄化する方法であって、 （ａ）二段階ガス生成器から出た第二段階ガスを第一沈
   澱装置に送って、第二段階ガスから油滴ミスト及び粒状
   物を除去し、 （ｂ）二段階ガス生成器から出た第一段階ガスをサイク
   ロン装置に送って、第一段階ガスから粒状物を除去し、 （ｃ）サイクロン装置から出た第一段階ガスを冷却し、 （ｄ）ガス混合物の温度を少なくとも第二段階ガスの温
   度に保持しつつ、冷却した第一段階ガスと第一沈澱装置
   から出た第二段階ガスとを混合し、 （ｅ）ガス混合物の温度を約−３．８９℃（２５°Ｆ）
   乃至約５１．７℃（１２５°Ｆ）の範囲内であって、ガ
   ス混合物の水の露点以上の温度に冷却し、 （ｆ）冷却したガス混合物を第二沈澱装置に送って、油
   滴ミスト及び粒状物をガス混合物から除去して、工業的
   に有用なガスを得ることを特徴とする方法。 ２）二段階ガス生成器中で固体炭素質材料から製造した
   ガスを浄化する方法であって、 （ａ）二段階ガス生成器から出た第二段階ガスを９３．
   ３乃至２０４℃（２００乃至４００°Ｆ）の温度で第一
   静電沈澱装置に通じて、第二段階ガスから油滴ミスト及
   び粒状物を除去し、 （ｂ）二段階ガス生成器から出た第一段階ガスを約５３
   ８乃至７６０℃（１０００乃至１４００°Ｆ）の温度で
   サイクロンに通じて、第一段階ガスから粒状物を除去し
   、 （ｃ）サイクロンから出た第一段階ガスを冷却し、（ｄ
   ）冷却した第一段階ガスと第一沈澱装置から出た第二段
   階ガスとを混合し、混合ガスの温度を約９３．３乃至２
   ０４℃（２００乃至４００°Ｆ）に保持し、（ｅ）ガス
   混合物の温度を約−３．８９℃（２５°Ｆ）乃至約５１
   ．７℃（１２５°Ｆ）の範囲内であって、ガス混合物の
   水の露点以上の温度に冷却し、 （ｆ）冷却した混合ガスを第二静電沈澱装置に送って、
   ガス混合物から油滴ミスト及び粒状物を除去して、工業
   的に有用なガスを得ることを特徴とする方法。