WO2012157640A1 - 石炭ガス化システム - Google Patents

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小菅　克志
泰樹 並木
眞須美 糸永
卓 武田
小水流　広行
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新日鉄エンジニアリング株式会社
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    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]

Definitions

  • the present invention relates to a coal gasification system that produces carbon monoxide gas and the like using coal as a raw material.
  • coal gasification reactors of various configurations such as fixed bed type, fluidized bed type, and air bed type (air flow bed type).
  • Coal gasification systems are being considered.
  • One of them is a synthesis system (coal gasification system) disclosed in Patent Document 1.
  • this synthesis system when supplying carbonaceous fuel and oxygen-containing gas to the burner of the coal gasification reactor, carbon dioxide gas was contained instead of nitrogen gas used as the carrier gas in the previous synthesis system. Gas is used.
  • carbon dioxide gas that is separated and recovered by consuming energy in a carbon dioxide recovery system (carbon dioxide recovery device) in the synthesis system is used.
  • This invention is made
  • the coal gasification system of the present invention is a coal gasification system that produces at least hydrogen gas and carbon monoxide gas by gasifying coal, a partial oxidation unit that is disposed in a lower stage and partially oxidizes the coal, and A coal gasification reactor having a two-stage structure having a thermal decomposition part that is disposed in the upper stage in communication with the partial oxidation part and thermally decomposes the coal; and carbon dioxide gas generated in the coal gasification reaction furnace, Carbon dioxide gas or hydrogen gas as the main component of the generated gas is separated into a dilute gas having a low concentration of carbon dioxide gas and combustibility, and a rich gas having a higher concentration of carbon dioxide gas than the dilute gas.
  • a carbon recovery device a lean gas passage connected to the carbon dioxide recovery device and carrying the lean gas, and a rich gas connected to the carbon dioxide recovery device and carrying the rich gas.
  • a first transport device connected to the flow path, the lean gas flow path, supplying the coal to the partial oxidation unit by air flow transport using the lean gas as a transport gas, and connected to the rich gas flow path
  • a second transport device that supplies the coal to the thermal decomposition section by air-flow transport using the rich gas as a transport gas.
  • the lean gas is mainly composed of a combustible gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas. Become.
  • a char recovery device that recovers char generated in the thermal decomposition unit
  • a char transfer device that supplies the char recovered by the char recovery device to the partial oxidation unit by airflow transfer
  • the char transfer device may be connected to the rich gas flow path, and the rich gas may be used as the carrier gas.
  • the carbon dioxide gas acts as an oxidant to promote the reaction to become carbon monoxide gas.
  • Carbon monoxide gas can be produced efficiently.
  • a char recovery device that recovers the char generated in the thermal decomposition unit is provided, and the char recovered by the char recovery device is supplied to the first transport device, You may supply the said char to the said partial oxidation part with the said coal carried by airflow by said 1st conveying apparatus.
  • the reaction rate of coal and char does not decrease even if a char transport device that transports char separately from the coal is not provided.
  • the airflow carrier gas (rich gas) for char supply can be reduced.
  • the coal gasification system can be miniaturized.
  • the carbon dioxide dilute gas is used as a carrier gas for air-carrying the coal to the partial oxidation unit by the first carrier device, which is necessary for the operation of the entire coal gasification system.
  • the amount of carbon dioxide gas can be reduced. And the flame when the coal supplied in the partial oxidation part gasifies can be stabilized, and the reaction rate of coal can be improved.
  • the coal gasification system 1 of this embodiment includes a first coal feeder (first transport device) 11, a second coal feeder (second transport device) 12, and a gasification reactor (coal gasification).
  • Reaction furnace) 13 heat recovery device 14, dust remover (char recovery device) 15, shift reactor 16, gas cooling / gas purification device 17, CO 2 recovery device (carbon dioxide recovery device) 18, A char feeder (char transport device) 19 is provided.
  • coal such as bituminous coal, subbituminous coal, and lignite
  • coal has a non-uniform particle size
  • bituminous coal, subbituminous coal, and lignite contain a large amount of water, for example, about 10 to 60%. Therefore, the coal is pulverized and heated in a pulverizer / dryer (not shown) to dry it until the water content becomes 2% to 20%. Further, the coal is pulverized so that the average particle size becomes fine powder having a particle size of, for example, about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the pulverized coal is supplied to the first coal feeder 11 and the second coal feeder 12.
  • the “average particle size” in the present specification means the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method.
  • the first coal feeder 11 uses a rare gas, which will be described later, from which carbon dioxide has been separated by the CO 2 recovery unit 18 as a carrier gas, and a later-described partial oxidation unit 21 of the gasification reactor 13 by air transportation using fine powder coal. To supply.
  • the second coal feeder 12 supplies coal to the thermal decomposition unit 22 (to be described later) of the gasification reactor 13 by airflow transport using the concentrated gas (described later) separated by the CO 2 recovery unit 18 as a transport gas.
  • the lean gas is a combustible gas mainly containing hydrogen gas and carbon monoxide gas
  • the rich gas is a gas mainly composed of carbon dioxide gas.
  • the gasification reactor 13 has a two-chamber two-stage structure having a partial oxidation section 21 disposed in the lower stage and a thermal decomposition section 22 disposed in the upper stage in communication with the partial oxidation section 21. .
  • a slag cooling water tank (not shown) communicating with the partial oxidation unit 21 is provided below the partial oxidation unit 21 .
  • the partial oxidation unit 21 and the thermal decomposition unit 22 are reaction vessels in which a space of a predetermined size is provided, and are formed of a refractory having heat resistance together with a slag cooling water tank.
  • the partial oxidation unit 21 is provided with a gasification burner 21a and a char supply nozzle 21b.
  • coal, oxygen gas separated by an air separator (not shown), and water vapor generated by the heat recovery unit 14 are supplied from the first coal feeder 11 into the partial oxidation unit 21.
  • Char (ungasified coal residue or pyrolysis residue) is supplied from the char supplier 19 into the partial oxidation unit 21 through the char supply nozzle 21b.
  • the inside of the partial oxidation part 21 is high temperature and high pressure (for example, temperature is 1300 degreeC or more and 1800 degrees C or less, and pressure is 2 MPa or more and 5 MPa or less).
  • coal and char are gasified, and high-temperature carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, hydrogen gas, and slag (ash) are generated according to the following chemical reaction formulas (1) to (4).
  • 2C + O 2 ⁇ 2CO (1) C + O 2 ⁇ CO 2 (2)
  • Gas, char, slag, and the like generated in the partial oxidation unit 21 rise in the partial oxidation unit 21 while turning and move into the thermal decomposition unit 22.
  • the slag generated in the partial oxidation part 21 is in a molten state. A part of the slag is cooled by the inner surface of the partial oxidation part 21 and adheres to the inner surface, and the other part falls into the water in the slag cooling water tank and is cooled and recovered.
  • the thermal decomposition unit 22 is provided with a supply nozzle 22a. Coal is supplied from the second coal feeder 12 into the thermal decomposition unit 22 through the supply nozzle 22a.
  • the steam generated in the heat recovery unit 14 may be supplied in a specified amount simultaneously with coal.
  • the temperature in the thermal decomposition part 22 is adjusted so that it may become 950 degreeC or more and 1200 degrees C or less (preferably 1000 degreeC or more and 1150 degrees C or less).
  • the temperature in the thermal decomposition part 22 is less than 950 ° C., the amount of tar generated increases rapidly, and further, the tar decomposition reaction in the thermal decomposition part 22 hardly occurs.
  • Carbon and water vapor in the coal supplied into the thermal decomposition unit 22 react by the above-described chemical reaction formula (3), and are decomposed into carbon monoxide gas and hydrogen gas.
  • a high-temperature product gas composed of hydrogen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, and the like generated in the thermal decomposition unit 22 is transported together with the char and supplied to the heat recovery unit 14.
  • the product gas is mainly composed of carbon monoxide gas and hydrogen gas.
  • the product gas and char are cooled by exchanging heat with the cooling water, and the cooling water becomes steam.
  • a predetermined amount of water vapor generated in the heat recovery unit 14 is supplied to the partial oxidation unit 21 and the thermal decomposition unit 22.
  • the product gas and char cooled by the heat recovery unit 14 are supplied to the dust remover 15.
  • the dust remover 15 incorporates a cyclone and a filter (not shown), and the char caught on the filter is removed from the filter by using a rare gas and is collected together with the char collected by the cyclone.
  • the char collected by the dust remover 15 is supplied to the char supplier 19.
  • the product gas that has passed through the dust remover 15 is supplied to the shift reactor 16.
  • a predetermined amount of water vapor is supplied to the product gas before entering the shift reactor 16.
  • the shift reaction shown by the following chemical reaction formula (5) the carbon monoxide gas in the product gas reacts with water vapor to generate hydrogen gas and carbon dioxide gas.
  • the product gas whose components are adjusted in the shift reactor 16 is supplied to the gas cooling / gas purifier 17.
  • Impurity component gas typified by sulfur compounds contained in the product gas is recovered by the gas cooling / gas purifier 17.
  • the product gas that has passed through the gas cooling / gas purifier 17 is conveyed to the CO 2 recovery unit 18.
  • This produced gas is separated into a rare gas having a low carbon dioxide gas concentration and a rich gas having a higher carbon dioxide gas concentration than the rare gas by a known method in the CO 2 recovery unit 18.
  • a known method of separating hydrogen sulfide gas and carbon dioxide gas at the same time may be applied to the CO 2 recovery unit 18 to omit the function of desulfurization in the previous gas purification.
  • the concentration of carbon dioxide gas in the dilute gas is adjusted to, for example, 20% or less by weight. Further, as described above, the rare gas mainly contains hydrogen gas and carbon monoxide gas. On the other hand, the concentration of carbon dioxide gas in the rich gas is adjusted to 90% or more, for example.
  • the CO 2 recovery unit 18 is connected to one end of a lean gas channel 25 that transports the separated lean gas and one end of a rich gas channel 26 that transports the rich gas.
  • a compressor 27 is provided in the lean gas passage 25. The compressor 27 increases the pressure of the lean gas flowing in the lean gas flow path 25.
  • a compressor 28 is provided in the rich gas flow path 26. The compressor 28 increases the pressure of the rich gas flowing in the rich gas flow path 26.
  • the other end of the lean gas flow path 25 is connected to the first coal feeder 11 and the gasification burner 21a of the partial oxidation unit 21, respectively. Further, the other end of the rich gas flow path 26 is connected to the second coal supplier 12, the supply nozzle 22 a of the thermal decomposition unit 22, and the char supplier 19.
  • a part of the rare gas separated by the CO 2 recovery unit 18 is transported to a downstream process, and a synthesis gas such as methane or methanol is produced.
  • a part of the rich gas separated by the CO 2 recovery unit 18 is also transported to the downstream process.
  • An intermediate portion of the lean gas passage 25 is connected to the heat recovery device 14 and the dust remover 15.
  • the rare gas supplied from the rare gas flow path 25 is used for blowing deposits on the cooling pipe of the heat recovery unit 14 and purging each part, and for removing char from the filter to which the char has adhered.
  • the char supplier 19 supplies the char collected by the dust remover 15 to the partial oxidation unit 21 through the char supply nozzle 21b by airflow conveyance.
  • a rich gas flowing through the rich gas flow path 26 is used as the carrier gas of the char supply device 19.
  • a lean gas is used as a carrier gas for air-carrying coal from the first coal feeder 11 to the partial oxidation unit 21.
  • a combustible component such as hydrogen gas in the lean gas serves as an igniter, the flame (frame) when the coal supplied into the partial oxidation unit 21 is gasified is stabilized, and the gasification reactor 13 Can be operated stably and efficiently.
  • the coal gasification system 1 includes a dust remover 15 that collects char, and a char feeder 19 that transports the char by air flow using a rich gas as a carrier gas. For this reason, when carbon dioxide gas acts as an oxidizing agent, the carbon in the char and the carbon dioxide gas in the rich gas react with each other in the partial oxidation portion 21 to promote the reaction to become carbon monoxide gas. Thereby, carbon monoxide gas can be produced efficiently.
  • the embodiment has been described in detail with reference to the drawings.
  • the specific configuration is not limited to the embodiment, and includes changes in the configuration without departing from the gist of the present invention.
  • the gas separated by the CO 2 recovery unit 18 is used as the lean gas.
  • the generated gas supplied from the gas cooling / gas purification unit 17 to the CO 2 recovery unit 18 is used.
  • a part of may be used as a lean gas.
  • the rich gas was used as carrier gas of the char supply device 19, a diluted gas may be used.
  • the coal gasification system 1 is not provided with the char supply device 19 and the char supply nozzle 21b, and the char recovered by the dust remover 15 is mixed with the finely powdered coal conveyed by the first coal supply device 11. You may supply to the oxidation part 21. FIG. By comprising in this way, even if it does not provide the char supply device 19 and the char supply nozzle 21b which convey and supply char separately from the said coal, the reaction rate of coal and char does not fall. Thereby, the airflow carrier gas (rich gas) for char supply can also be reduced. Furthermore, since there is no char supplier 19 and char supply nozzle 21b, the coal gasification system 1 can be reduced in size.
  • the C conversion rate (the value obtained by dividing the mass of carbon in the gas by the mass of carbon in the raw material by 100) in the partial oxidation unit 21 is 95% in the coal gasification system of the comparative example.
  • the C conversion rate of the coal gasification system 1 of the present embodiment was 97%, which was improved by about 2% compared to the comparative example.
  • 40% of the carbon content supplied to the thermal decomposition unit 22 was not gasified as char but was transported to the downstream process and recovered.
  • the carbon content of the char transferred to the downstream process is reduced to 30 to 35%.
  • the carbon dioxide dilute gas is used as a carrier gas for air-carrying the coal to the partial oxidation unit by the first carrier device, which is necessary for the operation of the entire coal gasification system.
  • the amount of carbon dioxide gas can be reduced.

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Abstract

　石炭をガス化させる石炭ガス化システム（１）であって、部分酸化部（２１）および熱分解部（２２）を有する石炭ガス化反応炉（１３）と、石炭ガス化反応炉で発生した生成ガスを、二酸化炭素ガスの濃度が低い希薄ガスと希薄ガスに比べて二酸化炭素ガスの濃度が高い濃厚ガスとに分離する二酸化炭素回収装置（１８）と、希薄ガスを搬送する希薄ガス流路（２５）と、濃厚ガスを搬送する濃厚ガス流路（２６）と、希薄ガスを搬送ガスとして石炭を気流搬送し部分酸化部に供給する第一の搬送装置（１１）と、濃厚ガスを搬送ガスとして石炭を気流搬送し熱分解部に供給する第二の搬送装置（１２）とを備える。

Description

石炭ガス化システム
　本発明は、石炭を原料として一酸化炭素ガスなどを製造する石炭ガス化システムに関する。
　本願は、２０１１年５月１９日に日本に出願された特願２０１１－１１２５１４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、石炭をガス化して可燃性ガスなどを効率的に製造するために、固定床型、流動床型、および気流床型（気流床型）などの様々な構成の石炭ガス化反応炉を有する石炭ガス化システムが検討されている。
　その１つとして、特許文献１に開示された合成システム（石炭ガス化システム）がある。この合成システムでは、石炭ガス化反応炉のバーナーに炭素質燃料および酸素含有ガスを供給するにあたり、それまでの合成システムにおいて搬送ガスとして用いられていた窒素ガスに代えて、二酸化炭素ガスを含有したガスを使用している。
　この搬送ガスとしては、合成システム内の二酸化炭素回収システム（二酸化炭素回収装置）にてエネルギーを消費して分離回収された二酸化炭素ガスが用いられている。
日本国特表２００９－５１１６９２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された合成システムでは、搬送ガスとして使用してきた窒素ガスを二酸化炭素ガスに置き換えているだけである。従って、搬送ガスに使用した分だけ、二酸化炭素回収システムにてエネルギーを消費して回収すべき二酸化炭素ガスの量が増えるという問題がある。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素回収装置にて回収する二酸化炭素ガスの量を低減させることができる石炭ガス化システムを提供することを目的とする。
　本発明の石炭ガス化システムは、石炭をガス化させることで少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを製造する石炭ガス化システムであって、下段に配置され前記石炭を部分酸化させる部分酸化部、および前記部分酸化部に連通して上段に配置され前記石炭を熱分解させる熱分解部を有する二段構造の石炭ガス化反応炉と、前記石炭ガス化反応炉で発生した二酸化炭素ガスを含み、一酸化炭素ガスや水素ガスを主成分とする生成ガスを、二酸化炭素ガスの濃度が低く燃焼性を有する希薄ガスと、前記希薄ガスに比べて二酸化炭素ガスの濃度が高い濃厚ガスとに分離する二酸化炭素回収装置と、前記二酸化炭素回収装置に接続され前記希薄ガスを搬送する希薄ガス流路と、前記二酸化炭素回収装置に接続され前記濃厚ガスを搬送する濃厚ガス流路と、前記希薄ガス流路に接続され、前記希薄ガスを搬送ガスとして前記石炭を気流搬送することにより前記部分酸化部に供給する第一の搬送装置と、前記濃厚ガス流路に接続され、前記濃厚ガスを搬送ガスとして前記石炭を気流搬送することにより前記熱分解部に供給する第二の搬送装置と、を備える。
　この発明によれば、生成ガスには水素ガス、一酸化炭素ガス、および二酸化炭素ガスなどが含まれるため、希薄ガスは、主に水素ガスおよび一酸化炭素ガスが含まれた燃焼性のガスとなる。
　また、上記の石炭ガス化システムにおいて、前記熱分解部で発生したチャーを回収するチャー回収装置と、前記チャー回収装置で回収された前記チャーを気流搬送により前記部分酸化部に供給するチャー搬送装置と、を備え、前記チャー搬送装置は前記濃厚ガス流路に接続されていて、前記濃厚ガスを搬送ガスとしてもよい。
　この発明によれば、部分酸化部内において、チャー中の炭素と濃厚ガス中の二酸化炭素ガスとが反応するときに、前記二酸化炭素ガスが酸化剤として作用して一酸化炭素ガスになる反応を促進させ、一酸化炭素ガスを効率的に製造することができる。
　また、上記の石炭ガス化システムにおいて、前記熱分解部で発生したチャーを回収するチャー回収装置を備え、前記チャー回収装置で回収された前記チャーを前記第一の搬送装置に供給することで、前記チャーを前記第一の搬送装置により気流搬送される前記石炭とともに前記部分酸化部に供給してもよい。
　この発明によれば、上記石炭とは別にチャーを搬送していたチャー搬送装置を備えなくても石炭及びチャーの反応率が下がらない。これにより、チャー供給用の気流搬送ガス（濃厚ガス）を削減することができる。さらに、チャー供給器およびチャー供給ノズルがないため、石炭ガス化システムを小型化することができる。
　本発明の石炭ガス化システムによれば、第一の搬送装置で部分酸化部に石炭を気流搬送するのに搬送ガスとして二酸化炭素希薄ガスを用いることで、石炭ガス化システム全体の運転に必要な二酸化炭素ガスの量を低減させることができる。
　そして、部分酸化部内に供給された石炭がガス化するときの炎を安定させ、石炭の反応率を向上させることができる。
本発明の実施形態の石炭ガス化システムのブロック図である。
　以下、本発明に係る石炭ガス化システムの実施形態を、図１を参照しながら説明する。
　本石炭ガス化システムは、石炭を原料として用い、石炭をガス化させることで水素ガスおよび一酸化炭素ガスをなど製造するプラント設備である。
　本実施形態の石炭ガス化システム１は、第一の石炭供給器（第一の搬送装置）１１、第二の石炭供給器（第二の搬送装置）１２と、ガス化反応器（石炭ガス化反応炉）１３と、熱回収器１４と、除塵器（チャー回収装置）１５と、シフト反応器１６と、ガス冷却・ガス精製器１７と、ＣＯ２回収器（二酸化炭素回収装置）１８と、チャー供給器（チャー搬送装置）１９とを備えている。
　本実施形態の石炭ガス化システム１には、瀝青炭・亜瀝青炭や褐炭など、様々な種類の石炭を供給することができる。一般に、石炭は粒子径が不均一であるとともに、瀝青炭・亜瀝青炭や褐炭には、たとえば１０～６０％程度もの多量の水分が含有されている。そこで、不図示の粉砕・乾燥器において石炭を粉砕及び加熱することにより、含有水分が２％～２０％となるまで乾燥させる。さらに、平均粒子径がたとえば１０μｍ以上１００μｍ以下程度の微粉状となるように石炭を粉砕する。粉砕された石炭を、第一の石炭供給器１１および第二の石炭供給器１２に供給する。なお、本明細書における「平均粒子径」とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。
　第一の石炭供給器１１は、ＣＯ２回収器１８で二酸化炭素が分離された後述する希薄ガスを搬送ガスとして、微粉状の石炭を気流搬送によりガス化反応器１３の後述する部分酸化部２１に供給する。同様に、第二の石炭供給器１２は、ＣＯ２回収器１８で分離された後述する濃厚ガスを搬送ガスとして、石炭を気流搬送によりガス化反応器１３の後述する熱分解部２２に供給する。
　なお、希薄ガスは主に水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む燃焼性のガスであり、濃厚ガスは二酸化炭素ガスを主成分とするガスである。
　ガス化反応器１３は、下段に配置された部分酸化部２１、および部分酸化部２１に連通した状態で上段に配置された熱分解部２２を有して二室二段構造に構成されている。部分酸化部２１の下方には、部分酸化部２１に連通する不図示のスラグ冷却水槽が設けられている。部分酸化部２１および熱分解部２２は、内部に所定の大きさの空間が設けられた反応容器であり、スラグ冷却水槽とともに耐熱性を有する耐火物などで形成されている。
　部分酸化部２１には、ガス化バーナー２１ａおよびチャー供給ノズル２１ｂが設けられている。ガス化バーナー２１ａを通して、第一の石炭供給器１１から石炭、不図示の空気分離器で分離した酸素ガス、および熱回収器１４で発生した水蒸気が、それぞれ部分酸化部２１内に供給される。チャー供給ノズル２１ｂを通して、チャー供給器１９から部分酸化部２１内にチャー（未ガス化石炭残滓または熱分解残滓）が供給される。
　部分酸化部２１内に供給された微粉状の石炭、チャー、酸素ガス、および水蒸気は、部分酸化部２１内を旋回しながら上昇する。このとき、部分酸化部２１内は、高温且つ高圧（たとえば、温度が１３００℃以上１８００℃以下であって、圧力が２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下。）である。この環境下で石炭およびチャーがガス化し、下記の化学反応式（１）～（４）により高温の一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、およびスラグ（灰分）が発生する。
　２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ　　・・・（１）
　Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２　　　　・・・（２）
　Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２　・・・（３）
　Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ　　・・・（４）
　部分酸化部２１内で発生したガス、チャー、およびスラグなどは旋回しながら部分酸化部２１内を上昇し、熱分解部２２内に移動する。
　部分酸化部２１内で発生したスラグは溶融した状態となっている。スラグは、一部が部分酸化部２１の内面で冷やされてこの内面に付着し、その他の部分がスラグ冷却水槽内の水に落ちて冷やされ、回収される。
　熱分解部２２には、供給ノズル２２ａが設けられている。供給ノズル２２ａを通して、第二の石炭供給器１２から石炭が熱分解部２２内に供給される。なお、熱回収器１４にて発生した水蒸気は、石炭と同時に規定量供給されてもよい。
　本実施形態では、熱分解部２２内の温度は９５０℃以上１２００℃以下（好ましくは、１０００℃以上１１５０℃以下）となるように調節されている。熱分解部２２内の温度が９５０℃未満になると、タールの発生量が急激に増加し、さらに熱分解部２２でのタールの分解反応が起こりにくくなる。
　熱分解部２２内に供給される石炭中の炭素および水蒸気は、前述の化学反応式（３）により反応して、一酸化炭素ガスと水素ガスとに分解される。
　また、熱分解部２２内に供給された石炭中の炭素の一部は、熱分解部２２内の二酸化炭素ガスと反応して上記の化学反応式（４）により一酸化炭素ガスになる。
　そして、熱分解部２２で発生した、水素ガス、一酸化炭素ガス、および二酸化炭素ガスなどからなる高温の生成ガスがチャーとともに搬送され、熱回収器１４に供給される。なお、生成ガスは、一酸化炭素ガスおよび水素ガスが主成分である。
　熱回収器１４では、生成ガスおよびチャーが冷却水と熱交換することで冷却されるとともに、冷却水が水蒸気となる。熱回収器１４で発生した水蒸気は、部分酸化部２１および熱分解部２２に所定量供給される。
　熱回収器１４で冷却された生成ガスおよびチャーは、除塵器１５に供給される。除塵器１５には不図示のサイクロンやフィルタが内蔵されていて、フィルタに引っかかったチャーが希薄ガスを用いてフィルタから払い落され、サイクロンで回収されたチャーと共に回収される。除塵器１５で回収されたチャーは、チャー供給器１９に供給される。
　除塵器１５を通過した生成ガスは、シフト反応器１６に供給される。そして、生成ガス中における一酸化炭素ガスに対する水素ガスの比率を一定の値まで高めるために、シフト反応器１６中に入る前に所定の量の水蒸気が生成ガスに供給される。下記の化学反応式（５）で示されるシフト反応により、生成ガス中の一酸化炭素ガスが水蒸気と反応して、水素ガスと二酸化炭素ガスが発生する。
　ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２　・・・（５）
　シフト反応器１６で成分を調節された生成ガスは、ガス冷却・ガス精製器１７に供給される。生成ガス中に含まれる硫黄化合物を代表とする不純物成分ガスなどが、ガス冷却・ガス精製器１７によって回収される。
　ガス冷却・ガス精製器１７を通過した生成ガスはＣＯ２回収器１８に搬送される。この生成ガスは、ＣＯ２回収器１８において公知の方法により、二酸化炭素ガスの濃度が低い希薄ガスと、希薄ガスに比べて二酸化炭素ガスの濃度が高い濃厚ガスとに分離される。なお、硫化水素ガスと二酸化炭素ガスを同時に分離する公知の方法をＣＯ２回収器１８に適用することにより、前段のガス精製の脱硫の機能を省略してもよい。
　希薄ガス中の二酸化炭素ガスの濃度は、たとえば、重量比で２０％以下に調節されている。また、前述のように、希薄ガスには主に水素ガスおよび一酸化炭素ガスが含まれている。
　一方で、濃厚ガス中の二酸化炭素ガスの濃度は、たとえば、９０％以上に調節されている。
　ＣＯ２回収器１８には、分離した希薄ガスを搬送する希薄ガス流路２５の一端と、濃厚ガスを搬送する濃厚ガス流路２６の一端とが接続されている。
　希薄ガス流路２５には圧縮機２７が設けられている。圧縮機２７は、希薄ガス流路２５内を流れる希薄ガスの圧力を高めている。同様に、濃厚ガス流路２６には圧縮機２８が設けられている。圧縮機２８は、濃厚ガス流路２６内を流れる濃厚ガスの圧力を高めている。
　希薄ガス流路２５の他端は、第一の石炭供給器１１および部分酸化部２１のガス化バーナー２１ａにそれぞれ接続されている。また、濃厚ガス流路２６の他端は、第二の石炭供給器１２、熱分解部２２の供給ノズル２２ａ、およびチャー供給器１９にそれぞれ接続されている。
　ＣＯ２回収器１８で分離された希薄ガスの一部は、下流側の工程に搬送され、メタンやメタノールなど合成ガスが製造される。ＣＯ２回収器１８で分離された濃厚ガスの一部も、下流側の工程に搬送される。
　希薄ガス流路２５の中間部は、熱回収器１４および除塵器１５に接続されている。希薄ガス流路２５から供給される希薄ガスが、熱回収器１４の冷却管の付着物のブローや各部のパージと、チャーが付着したフィルタからのチャーの払い落し用とに用いられる。
　チャー供給器１９は、除塵器１５で回収されたチャーを、気流搬送によりチャー供給ノズル２１ｂを通して部分酸化部２１に供給する。
　チャー供給器１９の搬送ガスとしては、濃厚ガス流路２６を流れる濃厚ガスが用いられる。
　以上説明したように、本実施形態の石炭ガス化システム１によれば、第一の石炭供給器１１から部分酸化部２１に石炭を気流搬送するための搬送ガスとして希薄ガスを用いた。これにより、石炭ガス化システム１全体の運転に必要な二酸化炭素ガスの量を低減させることができ、さらに、ＣＯ２回収器１８で必要な二酸化炭素ガスの回収エネルギーを抑えることができる。希薄ガス中の水素ガスなどの燃焼性の成分が着火剤の役割を果たすため、部分酸化部２１内に供給された石炭がガス化するときの炎（フレーム）が安定し、ガス化反応器１３を安定的かつ効率的に運転させることができる。
　また、第二の石炭供給器１２の搬送ガスとして熱分解部２２に濃厚ガスを供給するため、石炭が濃厚ガスと混在した状態で熱分解部２２供給される。このため、二酸化炭素ガスが酸化剤として作用することにより、石炭中の炭素と濃厚ガス中の二酸化炭素ガスとが反応して一酸化炭素ガスになる反応を促進させ、熱分解部２２内で一酸化炭素ガスを効率的に製造することができる。
　石炭ガス化システム１は、チャーを回収する除塵器１５と、濃厚ガスを搬送ガスとしてチャーを気流搬送するチャー供給器１９とを備えている。このため、二酸化炭素ガスが酸化剤として作用することにより、部分酸化部２１内において、チャー中の炭素と濃厚ガス中の二酸化炭素ガスとが反応して一酸化炭素ガスになる反応を促進させる。これにより、一酸化炭素ガスを効率的に製造することができる。
　以上、実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。
　たとえば、前記実施形態では、希薄ガスとしてＣＯ２回収器１８で分離されたガスを用いたが、このガスに代えて、ガス冷却・ガス精製器１７からＣＯ２回収器１８に供給される生成ガスの一部を希薄ガスとして用いてもよい。
　また、前記実施形態では、チャー供給器１９の搬送ガスとして濃厚ガスを用いたが、希薄ガスを用いてもよい。
　さらには、石炭ガス化システム１にチャー供給器１９およびチャー供給ノズル２１ｂを備えずに、除塵器１５で回収したチャーを第一の石炭供給器１１が搬送する微粉状の石炭に混合して部分酸化部２１に供給してもよい。
　このように構成することで、上記石炭とは別にチャーを搬送及び供給するチャー供給器１９およびチャー供給ノズル２１ｂを備えなくても、石炭及びチャーの反応率が下がらない。これにより、チャー供給用の気流搬送ガス（濃厚ガス）も削減することができる。さらに、チャー供給器１９およびチャー供給ノズル２１ｂがないため、石炭ガス化システム１を小型化することができる。
（実施例）
　前記石炭ガス化システム１で試験を行うとともに、前記石炭ガス化システム１の第一の石炭供給器１１および第二の石炭供給器１２の搬送ガスとして窒素ガスを用いた比較例の石炭ガス化システムでも試験を行った。
　その結果、部分酸化部２１におけるＣ転換率（ガス中の炭素の質量を原料中の炭素の質量で割った値に１００を掛けた値。）は、比較例の石炭ガス化システムが９５％であった。本実施形態の石炭ガス化システム１のＣ転換率は９７％となり、比較例と比べて約２％向上することが分かった。
　熱分解部２２に供給される炭素分に対して、比較例の石炭ガス化システムでは４０％の炭素分がチャーとしてガス化されずに下流側の工程に搬送され、回収された。本実施形態の石炭ガス化システム１では、下流側の工程に搬送されるチャーの炭素分が３０～３５％に低減された。これにより、本実施形態の石炭ガス化システム１では、熱分解部２２に供給される炭素分を効率的にガス化できることが分かった。
　本発明の石炭ガス化システムによれば、第一の搬送装置で部分酸化部に石炭を気流搬送するのに搬送ガスとして二酸化炭素希薄ガスを用いることで、石炭ガス化システム全体の運転に必要な二酸化炭素ガスの量を低減させることができる。
　１石炭ガス化システム
　１１　第一の石炭供給器（第一の搬送装置）
　１２　第二の石炭供給器（第二の搬送装置）
　１３　ガス化反応器（石炭ガス化反応炉）
　１５　除塵器（チャー回収装置）
　１８　ＣＯ２回収器（二酸化炭素回収装置）
　１９　チャー供給器（チャー搬送装置）
　２１　部分酸化部
　２２　熱分解部
　２５　希薄ガス流路
　２６　濃厚ガス流路

Claims (3)

  1. 　石炭をガス化させることで少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを製造する石炭ガス化システムであって、
    　下段に配置され前記石炭を部分酸化させる部分酸化部、および前記部分酸化部に連通して上段に配置され前記石炭を熱分解させる熱分解部を有する二段構造の石炭ガス化反応炉と、
    　前記石炭ガス化反応炉で発生した二酸化炭素ガスを含み、一酸化炭素ガスや水素ガスを主成分とする生成ガスを、二酸化炭素ガスの濃度が低く燃焼性を有する希薄ガスと、前記希薄ガスに比べて二酸化炭素ガスの濃度が高い濃厚ガスとに分離する二酸化炭素回収装置と、
    　前記二酸化炭素回収装置に接続され前記希薄ガスを搬送する希薄ガス流路と、
    　前記二酸化炭素回収装置に接続され前記濃厚ガスを搬送する濃厚ガス流路と、
    　前記希薄ガス流路に接続され、前記希薄ガスを搬送ガスとして前記石炭を気流搬送することにより前記部分酸化部に供給する第一の搬送装置と、
    　前記濃厚ガス流路に接続され、前記濃厚ガスを搬送ガスとして前記石炭を気流搬送することにより前記熱分解部に供給する第二の搬送装置と、
    　を備える石炭ガス化システム。
  2. 　前記熱分解部で発生したチャーを回収するチャー回収装置と、
    　前記チャー回収装置で回収された前記チャーを気流搬送により前記部分酸化部に供給するチャー搬送装置と、
    　を備え、
    　前記チャー搬送装置は前記濃厚ガス流路に接続されていて、前記濃厚ガスを搬送ガスとする請求項１に記載の石炭ガス化システム。
  3. 　前記熱分解部で発生したチャーを回収するチャー回収装置を備え、
    　前記チャー回収装置で回収された前記チャーを前記第一の搬送装置に供給することで、前記チャーを前記第一の搬送装置により気流搬送される前記石炭とともに前記部分酸化部に供給する請求項１に記載の石炭ガス化システム。
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