JPH01123894A - 鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運転法 - 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） 本発明は溶鉄を用いた石炭のガス化方法に関する。

（従来の技術） 溶融スラグ浴あるいは溶鉄中に石炭を吹き込みガス化す
る方法は１９５０年代に０ｔｔｏ　Ｒｕｍｍｅｌが初め
て試みて以来、各国で開発が行われてきた。その経過は
文献（徳田、エネルギー資源、４　（１９８３）、ｐ、
４５５）に記されている。鉄浴式石炭ガス化装置を長時
間運転する場合、溶鉄中に存在する鉄や炭素以外の元素
（特にＳ）がカーボン効率（（生成ガス中Ｃ／インプッ
ト石炭中Ｃ）Ｘ１００と定義）に影響することは上記の
文献などにも記載されており注目されていた事がわかる
。しかしながら石炭中Ｐの影響についてはＳはどの関心
が示されていなかった。鉄浴式石炭ガス化操業に及ぼす
Ｐの影響については住友金属、ｖｏｌ　３４．　ｔｈ　
３．４２５　ｐにおいて、ガス化反応には殆ど影響しな
いことが記述されている。

（発明が解決しようとする問題点） 鉄浴式石炭ガス化の場合、石炭中力−ボンの大部分は一
旦溶鉄中に溶解し、酸素は石炭中力−ボンと反応してＣ
Ｏを発生する０石炭中カーボンが溶鉄中に溶解するため
には、溶鉄中にもともと存在するＣ濃度が飽和に達して
いないことが必要である。第１図に示すように、例えば
Ｆｅ−Ｃ２元系鉄浴において１４５０℃で運転する場合
、溶鉄中のＣ飽和濃度は５．０％となる。この炭素飽和
溶鉄中へ石炭と酸素を吹き込んだ場合、酸素と直接反応
する石炭を除き石炭中力−ボンは溶鉄中に溶解すること
が出来ず、煤を発生して系外へ逸出し、カーボン効率は
低くなる。この状況では効率の高いガス化は期待できな
い、したがって、溶鉄中のカーボン濃度は例えば２〜３
％と飽和濃度より低めで運転するのが通例となっている
。

この時、Ｃ濃度の他に溶鉄中のｓ、ｐなどＣ溶解度に影
響する元素の濃度を考慮しなければならない。石炭中の
Ｓは炭種にもよるが０．２〜１．５重量％含まれており
、ガス化プロセスによっては多量の有害硫黄化合物を発
生させるのでプロセスの優劣を評価する上で重要なポイ
ントとなる。鉄浴式石炭ガス化の場合、炉内で相当な脱
硫がおこなわれ、石炭からの硫黄は溶鉄中より発生する
鉄ヒユームと結合したリスラグ中のＣａＯ等の成分と結
合するので、溶鉄中へのＳ蓄積も防止できる。

それに比べて、石炭中のＰは表１に示されるように、炭
種により異なるもののＳに比べれば著しく微量である。

従ってこれまでは鉄浴中へのＰの蓄積についてはほとん
ど考慮が払われていなかった。

表１石炭の工業分析値 本発明者は鉄浴式石炭ガス化について研究する中で、長
時間の操業を続けると鉄浴中にかなりの量のＰが蓄積し
、それに対応して前記文献の記載とは異なりカーボン効
率が低下することを知見した。すなわち、実際に第２図
に示す鉄浴式石炭ガス化炉において溶鉄量５　ｔｏｎ　
、溶鉄温度１４００〜１４５０℃、石炭吹き込み量１’
、５〜３．０　ｔ／ｈｒでほぼ連続的に石炭、酸素吹き
込み操業を行ったところ、第３図上方に示す如く溶鉄中
Ｐは時間経過と共に増加した。また同時にカーボン効率
の変化をＰ：ａ度に対してプロットすると、Ｐが高濃度
の時はカーボン効率が低くなった。即ち第３図下に示す
ように、Ｐ濃度が０．１％を越す段階よりカーボン効率
の悪化傾向が現れ始め、０．１５％を越すとカーボン効
率の悪化が明瞭となることがわかる。従って、ガス化を
効率的に行うためにはＰ濃度を０．１０％以下にコント
ロールする必要があることがわかった。

第３図にはＰ濃度と同時に溶鉄中Ｓ濃度も記しているが
、これは運転開始時に上昇したものの（始めの溶鉄中の
Ｓ濃度が低かった事による）あとは０．２〜０．４％の
範囲に入っている。これは前述の理由により、Ｓは系外
に出て行くため人出のバランスが取れていることによる
。

Ｐの挙動の点で、この鉄浴式石炭ガス化と類似のプロセ
スとして製銑用溶鉱炉がある。溶鉱炉より出銑される溶
鉄はＣ＝５％、温度＝　１５００℃前後であり、鉄浴式
石炭ガス化とかなり近い組成、温度となっている。した
がって原料に含まれるＰは同一理由によりほとんど全て
が溶鉄中に入り、高炉ガスやスラグには移行しないとさ
れている。その結果生産される溶鉄中のＰ濃度は鉱石、
石炭など原料で決まり、０．１％程度となる。

しかしながら溶鉱炉と鉄浴式石炭ガス化とが大きく違う
点は、溶鉱炉においては溶鉄は適宜出銑されるのに対し
、鉄浴式石炭ガス化では鉄を生産するのが目的ではない
ので、溶鉄が置換されないことである。溶鉄中でＰを除
去するためには、溶鉄中に酸素や酸素化合物を投入して
Ｐを酸化し、スラグ中のＣａＯなどと反応させ、例えば
４Ｃａ’Ｏ・Ｐ２Ｏ，のような化合物として溶鉄より除
去しなければならない、しかるに溶鉄中にはＣが当然存
在し、Ｐと同様に酸素と反応し、ＣＯを生成する。した
がってガス化操業上Ｃｔａ度を一定に保つ条件下ではＰ
濃度を低下させることはできない。このため石炭中のＰ
は溶鉄中に次第に蓄積されて濃度を高めるのである。こ
のようにＰとＳとは石炭の溶鉄への溶解に影響する点で
は同一であるが、溶鉄中での蓄積の面では挙動が異なっ
ている。

したがって原料石炭中のＰはたとえ微量であっても炉内
に蓄積され、脱燐しないで連続運転した場合数日後には
１％程度の溶鉄中Ｐ濃度となる可能性があり、そのため
石炭中力−ボンの溶解を妨げ、ガス化効率を悪化させる
ことになるものと推、測される。

本発明の目的は、鉄浴式石炭ガス化方法において長時間
連続操業を行ってもガス化効率が低下しない方法を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、鉄浴式石炭ガス化方法において、溶鉄
中の燐濃度を検出し、この検出値が０．１０％を越えて
いたら石炭の吹き込みを−旦中止し、溶鉄を炉内に保持
したまま溶鉄中に酸化剤とスラグ塩基度を高める造さい
剤とを吹き込んで脱燐を行い、次いで溶鉄を炉内に保持
したままスラグを排出し、その後石炭の吹き込みを再開
始することを特徴とする鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運
転法である。

（作　用） 鉄浴式石炭ガス化操業において、時間経過と共に溶鉄中
Ｐが濃化してカーボン効率の低下した状態を初期の状態
に復帰させる方法としてまず次の２案が考えられた。

■　長時間運転した後の溶鉄を系外へ出し、新たに低Ｐ
の溶鉄を炉内へ装入するか、炉内で低Ｐの溶鉄を製造す
ることによりガス化運転を再開する。

■　長時間運転した後の溶鉄を系外へ出し、炉外におい
て脱燐作業を行ってから炉内へ戻し運転を再開する。

しかし、■の方法はそれぞれ低Ｐ溶鉄の製造装置（溶鉱
炉、電気炉）を必要としたり、ガス化炉内でスクラップ
や型銑を溶解させる作業を必要とする。■の方法ではガ
ス化炉本体とは別に溶鉄脱Ｐ装置を必要とする。したが
って■、■の方法ではガス化炉本体以外に高価複雑な装
置を必要とし、プロセスの競争力を著しく弱めることは
さけられない。

そこで本発明者は溶鉄を炉内に保持したまま脱燐を行う
ことにした。即ち、鉄浴式石炭ガス化炉内にＰの濃縮し
た溶鉄を保持したまま石炭吹き込みを一時中止し、Ｐを
酸化するための酸素または鉄鉱石、ミルスケール類、お
よび酸化されたＰを固定するＣａＯ、アルカリ金属酸化
物などの塩基性物質を浴中に吹き込み脱燐作業をおこな
う。この時の吹き込み方法として、石炭と酸素を吹き込
むノズルを使用してもよく、専用のノズルを使用しても
よい。この作業によって生成したＰを含むスラグを、炉
を傾動する等により炉口より排出するか専用のスラグ排
出口より除去する。この作業により溶鉄中のＰ濃度が充
分に低下したことを確認の上、再び石炭と酸素吹き込み
によるガス化操業を再開する。

鉄浴式石炭ガス化法において長時間のガス化操業を行う
とガス化効率が低下するが、これは溶鉄中のＰの蓄積に
起因するので、溶鉄中のＰ濃度を検出して、この値がガ
ス化効率の低下に影響しはじめる０、　１０％を越えて
いたう脱燐を行うことにより、ガス化効率の低下を防止
することができる。

溶鉄中のＰを除去する栃質として、Ｐの酸化剤塩基度を
高める造さい剤は酸化されたＰをスラグに固定するもの
で、脱Ｐ反応は例えば次の式で示される。

４　Ｃａ０（ｓ）　＋２Ｐ　＋５０ｘ４ＣａＯ−ｐｚｏ
ｓ（ｓ）（Ｓは固体の状態を示す） この際、スラグ中のＣａ０％あるいは塩基度（ＣａＯ／
ＳｉＯ□）は高い程脱Ｐ上有利であるが、コストやスラ
グの流動性などの点も考慮して１．５〜３．０前後が望
ましい。脱Ｐとスラグ塩基度の関係については次の式が
ある。

ｌｏｇ　（（％Ｐ）／［％Ｐｌ　）　＝２２３５０／Ｔ
十０．０８　（％Ｃａｂ）　＋２．５１ｏｇ　（％Ｆｅ
ｄ）　−１６，０（Ｇ、Ｗ、ｌ１ｅａｌｙ　ＪＩＳＩ（
１９７０）　？、　ｐ　６６４あるいは鉄と鋼（１９８
３）　６９　、ｐ　１８３２　）この式において鉄浴式
石炭ガス化の運転条件、例えばスラグ中ＣａＯ％＝４５
．　Ｔ−１７２３Ｋ　、スラグ中ＦｅＯ％−２とすれば
、スラグと溶鉄中のＰ濃度比（％Ｐ）／［％Ｐ］は２０
．９となる。ここで溶鉄中Ｐｓ度−０，０５％とすれば
スラグ中Ｐ濃度（％Ｐ）は１％程度となり、充分運転可
能な範囲である。

この脱Ｐ運転中にかなりの脱Ｓ反応も進行するが、これ
は鉄浴式石炭ガス化の目的上好ましい反応であって、な
んらさしつかえない。

（実施例） 第２図に示したガス化炉においてカーボン効率悪化が見
られたので、鉄浴中のＰ濃度を分析するとともに石炭と
酸素吹き込みを一端中止し、別置きフィードホフバーよ
りＣａＯと鉄鉱石を気流搬送し、底吹きノズルからＣａ
０１０ｋｇ／＋ｗｉｎ、鉄鉱石１０ｋｇ／ｌｌｌ１ｎの
速度で溶鉄量５ｔｏｎの炉内溶鉄中に１０分間吹き込ん
だ。この脱Ｐ作業の後、炉体を傾動してスラグの排出作
業を行った。溶鉄中Ｐ濃度は処理前の０．２２％より０
．０４％まで低下したので炉を直立して再びガス化操業
に入った。操業再開後の溶鉄中Ｐ濃度と処理前後のカー
ボン効率については、Ｐｔ１度が０．１％を越す段階よ
りカーボン効率の悪化傾向が現れはじめ、０．１５％超
では明瞭となった。

なお脱Ｐ処理中に溶鉄中Ｃも酸化されて濃度が低下する
ので、ガス化操業に復帰した直後は石炭／酸素比率をや
や多口にして溶鉄中Ｃｒ２度を増加させる必要がある。

この実施例は底吹ノズルの例であるが、上吹きランスよ
り酸化剤等を投入してもよい、あるいは炉の上部にホッ
パーを設けて酸化剤等を炉内に投入してノズルからのガ
スで浴をかくはんしても効果はほとんど変わらない。ま
た炉内のスラグは石炭中の無機物と造さい剤とが溶融し
て生じたもので、その量は次第に増加するので、脱Ｐ作
業に入る直前に徘さい作業を行い、炉内スラグを減らし
ておくことは酸化剤等のコストを低下させるために有効
である。

（発明の効果） 本発明の方法は、低Ｐ、低Ｓの溶鉄を定期的にガス化炉
へ供給したり、長時間運転後の高Ｐ、高Ｓ溶鉄を処理す
るコストを不要にし、最小のコストで溶銑脱Ｐを行い゛
、鉄浴式石炭−ガス化炉の長時間連続運転を可能にする
。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄中カーボン溶解度と温度との関係を示す図、 第２図は鉄浴式石炭ガス化炉の例を示す図、第３図は石
炭ガス化運転中の溶鉄中ｐ、ｓ濃度、およびカーボン効
率の変化を示す図である。 １・・・ガス化炉本体、２・・・溶融スラグ、３・・・
溶鉄、４・・・底吹ノズル、５・・・スラグ溜り、６・
・・生成ガス、７・・・炉体切り離し装置 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名 第１図 １２００　　／奴υ　　１６００　　　／８００　２０
００丁（′Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄浴式石炭ガス化操業において、溶鉄中の燐濃度
   を検出し、この検出値が０．１０％を越えていたら石炭
   の吹き込みを一旦中止し、溶鉄を炉内に保持したまま溶
   鉄中に酸化剤とスラグ塩基度を高める造さい剤とを吹き
   込んで脱燐を行い、次いで溶鉄を炉内に保持したままス
   ラグを排出し、その後石炭の吹き込みを再開することを
   特徴とする鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運転法。