JPH021879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体状、粉末状あるいは塊状の炭素
を含んだ材料をガス化する方法に係るものであ
り、詳しくは、１バールから約80バールまでの圧
力範囲で酸素かつ／または空気あるいは水蒸気を
用いて固定状、粉末状あるいは塊状の炭素を含ん
だ材料を、上下に配設されかつガスの流れる方向
に互いに連結された２つの流動床段階とその下方
に配設された固定床ガス化段階とからなる反応室
の中でガス化する方法であつて、下部流動床の中
に固体の原料を供給し、前記反応室における前記
下部流動床の上方部位に配設された１つまたは複
数のダストガス化室に生成ガスから分離された固
体物を戻すようにした方法に関するものである。

１つの反応室の中でガスと固体間で３つの反応
を行なわせる方法は公知である。細かい固体粒子
の部分は、生成ガスといつしよに流動床から運ば
れ、反応室内で流動床の上に配設されたサイクロ
ンで分離される。サイクロンの中で分離された固
体分は、サイクロンの下部出口に接続されてい
て、１本のガス化バーナーと１つのガス化室とよ
り成るガス化装置に直接落下する。ダストガス化
生成物（ガスと固体分と溶けたスラグ）はガス化
室を出て、上から流動床に吹き込まれる。これに
より前記ダストガス化生成物は、熱の一部分を流
動床に伝達する。溶けたスラグは凝固して、流動
床を通つて該流動床の下に配設された固定床に排
出される。

ダストガス化生成物を流動床に吹き込むと、流
動床の中にガスのジエツトが透過する深さが浅け
れば浅いほど流動床を加熱する働らきをするダス
トガス化生成物の熱量は少なくなる。その結果、
ダストガス化ガスは十分に冷却されないため、サ
イクロンに流れる途中のダストガス化ガスと流動
床ガス化ガスの混合温度は、流動床内での完全な
熱交換により得られる温度より高くなる。このた
め、灰分の粒子、とくに細かい部分が溶融領域に
残り、サイクロンに行く途中で反応室の壁に付着
するかあるいはサイクロン自身に付着するおそれ
がある。

従来の流動床式ガス化法によれば、流動床から
排出されたガスと固体分の分離は、反応室内に収
容されていて、脚管をへて固体分を流動床に戻す
ようにされたサイクロンで行なわれるかあるいは
反応室の外側で行なわれており、後者の場合、反
応室の外側から流動床に固体分が戻される。

しかし、戻された固体分の粒度は非常に小さい
ため固体分はまたたくまに流動床から再び排除さ
れるので、流動床の中に保持された純粋な固体物
質のごく一部分が流動床でガスに転化するにすぎ
ない。特定の条件のもとでは、これら固体分の循
環はかなりな程度に達し、このため流動床の中の
灰分の量が増加する。事実、流動床の上に非常に
かさばつた、いわゆる、接触室を設けることによ
り上記の欠点を解消するようこころみられてお
り、後ガス化を行なうためこのような接触室に酸
素が補足的に供給されている。

補足的な提案として１つのユニツトの中にサイ
クロンとガス化バーナーとガス化室を組み入れる
ことが提案されているが、使用者の側からすれ ば、ダストガス化バーナーの保守作業が不可能で
あるかあるいはかなりの期間、プラントを休止さ
せなければ保守作業を行なうことができないこと
が致命的な欠点として指摘されている。なぜな
ら、サイクロンとダストガス化バーナーとガス化
室が反応室自身の中に１つの冷却ユニツトとして
配設されているからである。このため、使用プラ
ントの稼動率が大幅に制約されることになる。さ
らにいま１つ重大な欠点は、このダストガス化装
置を盲目の状態で運転しなければならないことで
ある。なぜなら、固体分がすべてサイクロンの４
つの出口を通つてガス化バーナーに流れているの
かどうかあるいは固体分がサイクロンの４つの出
口を通つてガス化バーナーにどのようにして流れ
ているのか確認することが不可能だからである。
したがつて、たとえば、酸素のごときガス化剤が
適切に供給されている状態を確認することができ
ない。安全上の理由からプラント自身で発生した
水素または浄化ガスを、固体分の供給が故障した
ときでも酸素を完全に転化する十分な量、ダスト
ガス化部に供給することが必要である。しかし、
水素または浄化ずみ生成ガスは、本ガス化方法に
使用するにしては非常に高価なエネルギー担体で
ある。

水素も浄化ずみ生成ガスもそれぞれ燃やすと水
蒸気または水蒸気と二酸化炭素の混ざり合つたも
のとなり、非常に高い温度を発生するが、水素と
二酸化炭素の混合物を作るには純粋な固体物質を
用いて転化させなければならない。これらの工程
が完全に実施されることはなく、固体分とガス化
剤の混合物が少なくなればなるほど、また一定の
反応温度で経過する時間が短かければ短いほど、
工程の実施がますます不完全なものになることは
公知の事実である。

従来の方法の場合、遠心力の作用をうけて固体
分がガス化剤から分離するので、混合割合は最適
切なものではなかつた。

さらに、従来のダストガス化装置では、ガス化
の間に経過する時間はわずか0.05秒にすぎない。
このように短い時間は、固体物質のごく一部分を
転化するにたるにすぎない。なぜなら、ダストの
粒径が0.1mmの場合、1600℃の温度を超えた反応
温度で完全な転化を行なうには少なくとも0.2か
ら0.3秒の時間を必要とするからである。

さらに、粒径が0.1mm、すなわち平均粒径が約
0.025mmのものを使用する場合、従来のガス化法
ではダストが１mmまでの粒径で流動床から排出さ
れることが考慮されていない。このため、戻され
る固体分の平均粒径はダストガス化のときよりも
少なくとも10倍は大きい。この理由は、同じ温度
と時間では戻された固体分のうち比較的純度の低
いものが転化されるためである。

従来の方法の場合、灰は完全に溶け、流動床の
中で粒状となつて、該流動床から排出される。し
かし、たとえば、反応温度が1600℃、灰の融点が
1300℃では、灰の粒径が0.1mmの場合、0.3秒程度
の溶融時間が必要である。

このことは、従来のダストガス化装置では純粋
な物質のごく一部分が転化するにすぎず、また灰
の一部分だけが溶けるにすぎないことを意味する
ものです。

このようにして循環して戻つてくる固体物質の
量は増加するので、特定の条件のもとではガス化
バーナーを通つて導入される固体物質の量は流動
床と固定床領域の両方にはいる固体物質の量と正
確に同じであるかあるいはこれより多い。この結
果、酸素とガス化ガスの消費量が増加する。なぜ
なら、何回も戻された固体物質を、たとえば、
1000℃から1600℃の温度で何回も加熱しなけば
ならないからである。さらに、ダストガス化生成
物の割合が大きすぎるので流動床とダストガス化
生成物との間の熱バランスを調整することはもは
や不可能である。

したがつて、本発明の目的は、上述の諸欠点が
解消されていて、実用されている複数の工程を組
み合わせて使用することが可能な方法を提供する
ことである。

上記の目的を達成するため、本発明は、１バー
ルから約80バールまでの圧力範囲で酸素かつ／ま
たは空気あるいは水蒸気を用いて固体状、粉末状
あるいは塊状の炭素を含んだ材料を、上下に配設
されかつガスの流れる方向に互いに連結された２
つの流動床段階とその下方に配設された固定床ガ
ス化段階とからなる反応室の中でガス化する方法
であつて、下部流動床の中に固体の原料を供給
し、前記反応室における前記下部流動床の上方部
位に配設された１つまたは複数のダストガス化室
に生成ガスから分離された固定物を戻すようにし た方法において、前記ダストガス化室のガス化バ
ーナーが前記反応室の外側に取り付けられている
こと、前記ダストガス化室が上方から前記下部流
動床内へ垂下突出していること、及び、戻される
固体分は前記反応室の外側で粗大なダストの分離
と細かいダストの分離とが順次行われたあと前記
ガス化バーナーに供給され、細かいダストの分離
から生じた固体分は前記ガス化バーナーに直接戻
され、粗大なダストの分離から生じた固体分は粉
砕装置で粉砕されたあと前記ガス化バーナーに戻
されるようになつていることを特徴とするもので
ある。

すなわち、本発明の特徴事項は、前記したガス
化方法において、前記ダストガス化室のガスバー
ナーが前記反応室の外側に取り付けられているこ
と、前記ダストガス化室が上方から前記下部流動
床内へ垂下突出していること、及び、戻される固
体分は前記反応室の外側で粗大なダストの分離と
細かいダストの分離とが順次行われたあと前記ガ
ス化バーナーに供給され、細かいダストの分離か
ら生じた固体分は前記ガス化バーナーに直接戻さ
れ、粗大なダストの分離から生じた固体分は粉砕
装置で粉砕されたあと前記ガス化バーナーに戻さ
れるようになつていることである。

ガス化すべき原料の燃料は、たとえば、ウオー
ム式コンベアにより横向きに下部流動床の中へ供
給されるが、降下管を通つて上から下部流動床の
中に供給されるかあるいはその他適当な方法によ
り下部流動床の中に導入するようにしてもよい。
燃料の粒径は０から100mmの範囲にわたつており、
流動床の下に固体床を設ける場合、燃料の粒径範
囲は０から30mmまでであり、一方、固体床が小さ
い場合あるいは固定床が灰を排出するためだけに
使用される場合、粒径範囲は０から８mmまたは10
mmまでである。前者の場合、石炭のうち細かい部
分、すなわち、１mmより小さい粒径の割合は約15
から20％までであり、後者の場合、細かいものの
割合はたとえば40％にも達することがある。

流動床を接続させるには、流動床を流れてガス
化剤と石炭から発生したガスの流動化速度は、流
動床の平均粒径に左右されるが、いわゆる床ほぐ
し速度の約３倍から４倍の大きさであることが必
要である。平均粒形より大きい粒子の場合、流動
化速度と床ほぐし速度との関係比は３から４まで
より小さい。これらの粗大な粒子は流動床の下部
の中で移動するかあるいは流動床から落下する。
平均粒径より細かい粒子部分の場合、この状態は
逆になる。細かい粒子は流動床の上部で移動し、
特定の寸法からさらに細かくなるとガスといつし
よに流動床から排出される。ガス化圧力を高める
と、床ほぐし速度は低下する。粒子が細かい場合
より粒子が粗大な場合のほうが低下する程度が大
きい。この結果、実際に必要な流動化速度は低下
するが、流動床の安定性は増加する。ゼロ圧力で
使用される場合、上に向かつて排出すべき比較的
粗大な粒子は流動床の中に滞留したままであるの
で、反応室の中に導入された燃料全量から排除さ
れる固体のパーセントの割合が減少することにな
る。

比較的短時間のあと流動床から排出される細か
い固体分は、脱ガスされるかあるいは部分的にし
か脱ガスされない。経済的な理由から、少なくと
も、燃料コストが高い場合、完全にガス化するた
めこれらの固体をガス化系の中に戻すことが必要
である。

本発明によれば、実際の運転にあたつて保守の
作業が容易に行なうことができるよう反応室の外
側に配設されているガスバーナーにこれらの細か
い粒子部分を供給することが非常に効果的であ
る。

上記の目的を達成する可能性のある１つの措置
として、比較的断面積の小さい移行部を介して接
続された２つの流動床段階に流動床を分割するこ
とが提案されたのである。

ガス化バーナーは、断面がせばめられた領域で
反応室の外側に配設されている。前記ガス化バー
ナーの下にガス化室が設けられており、該ガス化
室は反応室の中に延在して、下部流動床内に垂下
突出している。本発明の他の実施態様によれば、
流動床の高さの少なくとも３倍に相当した高さを
もつた安定化室を流動床の上に設けるような長さ
と容積を各ダストガス化室に与えることが提案さ
れている。ガス化室の容積は、該ガス化室に導入
されるガス量と比べて十分に大きいので、導入さ
れた純粋な固体物質の少なくとも半分をガス化す
ることができるとともに、ガス化室にはいつた灰
の少なくとも半分を溶かすことができる。

さらに、ガス化室から退出した高温のガス・ジ
エツトと溶けたスラグと流動床との間の熱交換が
非常に大きいので、流動床から下に向かつて分離
された粗大なスラグとガスの流れとともに上に向
かつていつしよに運ばれる細かいスラグ粒子によ
り滞留状態が生じることを阻止することができる
程度ガス化室を退出する溶けたスラグが少なくと
も表面的に凝固するようにするため、ガス化室を
流動床のすぐ上の位置で終らせるかあるいは流動
床の中に浸漬するようガス化室を配設することが
提案されたのであ。

粒径が0.1mmより小さい石炭ダストを部分的に
ガス化する場合、たとえば、1500℃の反応温度で
純粋な石炭を転化するのに約0.3秒の時間が必要
である。1600℃以上の温度で純粋な物質をほぼ完
全にガス化するにはほぼ同じ時間が必要である。
しかし、灰を溶かす工程は時間に左右される。一
例を挙げると、灰の溶融温度が1300℃の場合、粒
径が0.1mm、灰を溶かすには約0.3秒の時間が必要
である。したがつて、本発明によれば、粒径が
0.1mm、反応温度が1600℃以上にあるダストガス
化室内における滞留時間として燃料の転化とスラ
グの溶融に関連して十分な値を確保するため少な
くとも0.2秒が必要であることになる。したがつ
て、それぞれの間で調整しなければならないフア
クターとして、粒子の細かさと、反応温度と、滞
留時間と、灰の溶融点を挙げることができる。

純粋な物質と灰は、石炭粒子の中の混合され
る。経験によれば、灰の組織は純粋な物質のうち
少なくとも80％が取り除かれたあとはじめて溶け
はじめることが明らかにされている。

したがつて、溶融工程は若干遅延することにな
る。すなわち、コークスの灰分を融かすには同じ
大きさの純粋な灰の粒子の場合より長くダストガ
ス化室内に滞留させることが必要である。

いまひとつ有利なことは、ガス化室内でガス化
バーナーにより付勢される回転流により重い灰の
粒子は囲い壁に迅速に進み、表面が軟化している
ので重い灰の粒子は前記囲い壁にすでに存在して
いる溶けたスラグの皮膜にぶつかつてこれにくつ
つくことである。ガス流の中だけにいる場合より
灰の粒子を液化させるのに長い時間かけることが
できる。

スラグが、液体ジエツトの形で流動床の中には
いることができるふうに溶けたスラグがガス化チ
ヤンバーを流出するよう出口を設計することが効
果的である。この場合、前記液体ジエツトの厚さ
は非常に厚いので、流動床の中で凝固することに
より流動床から下に向かつて落ちるスラグ粒子が
生じる。

スラグを加熱する、たとえば、酸素のような酸
化剤を節約することは、流動床とダストガス化生
成物との間の熱交換の質次第で決まる。ダストガ
ス化生成物が、たとえば1600℃の温度で流動床に
はいる場合、必要な蒸気に加えて、たとえば1000
℃の流動床温度を確保するに必要なだけの酸素が
下から流動床の中に導入される。そしてガス化生
成物は、前記の流動床温度で反応室を退出する。
この温度の上限は、必要なガス化速度により決定
される一方、灰またはスラグの軟化挙動により決
定される。

ダストガス化生成物を流動床のすぐ上のところ
に通過させたりあるいは流動床の中に通すと、流
動床にかなり乱流が生じる。この乱流により、通
常の流動床の場合よりも勢よく粗大な粒子を流動
床より上に向かつて排出させることを期待するこ
とができる。したがつて、本発明によれば、流動
床の上に安定化室を配設し、流動床から浮上した
粗大な粒子が落下して流動床の中に戻るようにす
ることが提案されている。安定化室の高さは、流
動化床の高さの少なくとも３倍の大きさでなけれ
ばならない。

流動床は、大量に熱を転移させることができる
ことと、床の断面にわたつて非常に均一な温度分
布を確保することができることを特徴とするもの
である。流動床の質量が大きいので、該流動床の
中に貯留される熱は非常に大きく、比較的小量の
原料の燃料を加熱する場合、雰囲気温度をほとん
ど一定に保つことができる。たとえば、粒径範囲
が０から50mmの石炭を供給する場合、簡明をはか
るため形状が球形であるものと仮定して、個々の
粒子の径が小さくなればなるほど迅速に加熱され
ることになる。

流動床の中でも石炭の球体への熱の移転が大き
いのに、石炭の熱伝導度が非常に低いため、一定
の時間にわたつて石炭の表面温度が粒子の芯部の
温度より大幅に上昇することがある。したがつて
表面と芯部との間でかなりの温度差が生じること
になり、そしてこの温度差は粒径が大きくなれば
なるほど大きくなる。粒子の表面から芯部にいた
る温度差は、実質的には一番外側の粒子層に現わ
れる。

加熱による石炭の揮発分の逸出ならびに流動床
内での摩擦と衝突作用に伴なつて上記のような温
度差が生じることにより投入され固体分の粒径は
小さくなる。この結果、固定床式ガス化区画には
いるあらい粒子部分の割合は製品の粒子特性に従
つて、予期されていたよりも少なくなり、一方、
流動床より排出される細かい粒子部分の割合は多
くなる。

上部に安定化室が配設されているにもかかわら
ず下部流動床から上に向かつて排出される固体分
は、安定化室のうち断面積が小さい所定の区画を
通つて上部流動床に移動する。しかし、この方法
は、移動について提案されている可能性の１つで
あるにすぎない。投入された粒状物全体のうち比
較的細かい部分だけが上部流動床で処理されるの
で、下部流動床より流動化速度を引き下げるとと
もに断面積の大きくするよう上部流動床段階を設
計するのが有利である。その結果、非常に迅速に
下部流動床から排出される細かい粒子のガス化時
間を増加させることが可能である。ガス化ガスと
いつしよに排出されるダスト部分は、上部流動床
の上に配設された安定化室を退出したあとセパレ
ーターに移動し、該セパレーターで残留コーク
ス・ダストから生成したガス化ガスが分離され
る。ガスとコークス・ダストの分離部を反応室の
中に設けた場合、たとえば900℃から1000℃まで
の非常に高い温度で分離が行なわれる。大きい圧
力損失が許容されていない限り、高温度における
サイクロンの分離効率は低い温度の場合より非常
に低くなることは公知の事実である。反応室の外
側で高温度で分離を行なうようにしてもよいこと
は理解していただけよう。しかし、静電式除塵装
置または除塵袋室の中で分離を行なうまえに、熱
交換器を用いてガスとコークス・ダストの混合物
を、たとえば、150から200℃までのごとき適当な
温度に冷却するのが効果的である。この場合、反
応室から移動してきた固体分をあらい部分と細か
い部分に分離することも可能である。比較的あら
い部分は、たとえば、廃熱回収ボイラーのような
ガスとダストの混合物を冷却する熱交換器のそれ
ら板区画で取り除き、比較的細かい部分は静電式
除塵装置または除塵袋室の中で取り除かれる。本
発明によれば、細かいダスト分の分離から生じた
固体粒子に純粋な物質が過剰量含まれている場
合、前記分離された固体分は直接ガス化バーナー
に供給され、一方、たとえば、廃熱回収ボイラー
から分離されたもののようにあらいダスト分の分
離から生じた固体分は、流動床のうちの一方、好
適には下部流動床に直接投入されるかあるいは
0.1mmより小さい粒径に粉砕してからガス化バー
ナーに供給される。あらいダスト分を分離したあ
と、灰分の含有量が非常に多いため細かいダスト
分の分離により生じた固体分をガス化工程から取
り除いてから、あらい部分または粉砕したあらい
部分をガス化バーナーに供給するようにしてもよ
い。この場合、前記ガス化バーナーのガス化室は
反応室の中には配置されていず、たとえば、固定
床と流動床の間の移行部あるいは安定化室の領域
のごとき充填密度の低い領域に配置されている。
この場合、灰が溶けることは絶対的に必要なこと
ではない。固定床と流動床の間に使用される温度
は、たとえば、1450℃を越えることはなく、また
ガス化のための時間は0.5秒のオーダーにある。

純粋な物質の転化は60％を上回わる程度である
ので、細かい粒子のものを1.5回循回させるよう
にすることも可能である。１つあるいは複数のガ
ス化室を横に配設する場合、該ガス化室をへて投
入される熱量と反応室の対応した領域にゆきわた
つている熱量との間の相互関係に注意を払わなけ
ればならない。なぜなら、灰が溶融して反応室の
壁に付着するおそれのあるような温度より高温の
場所があつてはならないからである。

さらに、ダストガス化装置が斜めに配設されて
いる場合、ガス化生成物を流す媒体の密度が高け
れば高いほど、ダストガス化室内の流動のパター
ンと固体が転化する状態が妨げられることは、留
意しなければならないことである。

ガス出口のまえ、反応スペースの安定化室の中
に１つまたは複数のサイクロンを設置する場合、
サイクロンで分離されたダストは、連続して配置
されていて、ガス化室の外側に取り付けられてい
るガス化バーナーに直接落下する。さらに、これ
らのガス化バーナーは、分離されたダストをガス
化室を通つて移送するために使用されるガス化
剤、すなわち、酸素かつ／あるいは空気、可能で
あれば、水蒸気の供給をうけるようにされてい
る。サイクロンから分離されたダストの量は明ら
かではないが、ガス化剤がこのダストの量に関係
しているので、制御を行なううえのベースとして
輻射式計測器を用いてガス化室まで延在した供給
管内の流動の密度を測定することが効果的であ
る。ガス化剤とガス化すべき固体物質との相互関
係は、反応室の内側または外側でガスとダストの
混合物から分離されたダストを直接ガス化バーナ
ーに供給するのではなく、中間タンクをへて供給
される場合、比較的正確に設定することができ
る。本発明に係るガス化法のいま１つの特長は、
バーナー前後の圧力損失を補なうためガス化剤に
適用することができる圧力範囲が、たとえば、噴
射装置または分配装置を用いて分離されたダスト
をサイクロンからバーナーへ直接移送する場合よ
り非常に大きいことである。

機械的なコークスダスト供給装置は非常に高い
ダスト温度に耐えることができないので、たとえ
ば、中間タンクの中で分離したダストを冷却する
ことが本発明により提案されたのである。後ガス
化のまえに分離されたダスト分を粉砕する場合、
上記の点を考慮してダストを適切に冷却すること
が好ましい。本発明によれば、連係冷却の場合、
高温のコークスダストから取り出した熱とガスと
コークスダストの混合物から取り出した熱はガス
化工程に必要とされる流体に伝達され、一方、余
剰の熱は、たとえば、タービンに必要とする蒸気
を発生するよう外部の流体に伝達される。

反応室から排出されるダストの量は大幅に変動
するおそれがある。このような変動を補整するた
めとその他の理由から、部分的にガス化ずみの戻
された固体分に加えあるいはこのような固体分の
代りに粉砕した石炭、タール、燃料油等のその他
の材料をガス化バーナーに供給することが本発明
により提案されたのである。たとえば、処理すれ
ば海綿鉄になるような鉄分の高いスラグを得るた
め、高炉ダストを使用することも可能である。し
たがつて、一般的には、ガス化工程に寄与する材
料を補足的に使用することが可能である。なぜな
ら、このような材料を使用しないと、本ガス化工
程を経済的に実施することができないかあるいは
ガスのほかその他の有用な生成物を得ることがで
きないからである。

ガスから分離された固体分を粉砕し、ダストガ
ス化バーナーに戻す場合、本発明によれば、下部
流動床から排出された比較的あらいダスト分をガ
ス化させる機能を果たすようにされた上部流動床
を省くことができる。これらのダスト粒子が比較
的細かいので、上部流動床の断面積が下部流動床
段階の断面積より大きくない限り、十分に長い時
間上部流動床に滞留させることはできない。した
がつて、上部流動床から一定量だけ排出されるこ
とになる。しかし、比較的あらい固体分を粉砕す
る場合、もし粉砕設備が設定されてあれば、コー
クス・ダストを作るため反応室の中に投入された
燃料のうち、たとえば、15あるいは20パーセント
だけを粉砕するかどうかは決定的なことではな
い。石炭ダストを急速加熱することにより生成さ
れたコークス・ダストが必要とする粉砕エネルギ
ーは、同じサイズの石炭ダストの場合より少なく
てすむ。

従来、流動床の上に配設されていた大きい安定
化室を使用しなくともかなりな程度ガス化を行な
うことが可能である。なぜなら、この目的のた
め、たとえば、下流側の廃熱回収ボイラーまで延
在した移行部を使用することができるからであ
る。

流動床に導入された原料燃料は、粒子サイズ別
に前記流動床で分離される。たとえば１mmより小
さい粒子は多かれ少なかれすみやかに移動床より
上に向かつて排出される。一方、たとえば、10mm
より大きい粒子は固定床に落下する。さらに石炭
粒子は、粒子の大きさに応じた速度で加熱され
る。

多かれ少なかれ完全なガス化、すなわち、石炭
の粒子からコークスの粒子への転化は、粒子サイ
ズ別の分離の間ならびに異なつた速度で進行する
加熱工程の間に行なわれる。流動床への導入から
粗大な粒子部分を固定床に排出するまで比較的短
い時間経過するうちに１mmより粒径の小さい細か
い粒子は実質的に脱ガスされるとともに、ある程
度部分的にガス化され、一方、たとえば、50mmの
粒子は表面的に予処理された状態で固定床の中に
落下する。ガス化剤は、一番高温度の領域が存在
する固定床の中に下から導入される。固定床で生
成したガスは充填層を上に向かつて流れ、加熱す
べき固定分に熱を伝達し、比較的低い温度で流動
床に流れ、該流動床でタールのような凝結可能な
成分が分離される。上述のように、このような固
定床から流動床への移動は、とくに灰の溶融がま
だ生じない温度でダストのガス化または部分的な
ガス化が生じるような場合にダストガス化装置を
構成するのに使用することができる。この場合、
溶けたスラグが固定床の中に排出される場合、固
定床内に生じるおそれのあるスラグのたまりは、
ガスの流れを確保するため、たとえば、間欠的に
蒸気を供給するような流体力学的な処置により防
がなければならない。

本発明の若干の実施例が添付図面に示されてお
り、以下、添付図面を参照しながらこれらの実施
例を詳細に説明する。本発明に係る方法を実施す
る装置は、第１図より第３図までにそれぞれ縦断
面図により概念的に図示されている通りである。

第１図は、上部流動床段階より上にある反応室
内に設けられたサイクロンでコークスダストを分
離するようにされた実施例を示したものであつ
て、コークスダストは反応室とガス化室の外側に
設けられたガス化バーナーには直接はいるように
なつている。前記ガス化室は、下部流動化床段階
の中に延設されている。図示の実施例は、原則的
には所定の圧力で運転されるようまたゼロ圧力で
運転されるよう構成されている。しかして、反応
室全体は、下部流動床段階１と、上部流動床段階
２と、前記２つの流動床段階の間の接続区画３
と、下部流動床段階１への移行部５を有する固定
床段階４と、灰だめまたはスラグだめ６とから構
成されている。

ガス化すべき燃料は、ウオーム式コンベア７に
より下部流動床１の中に導入される。ガス化剤、
すなわち酸素かつ／または空気と、可能な場合
は、水蒸気が参照数字８により表示されている位
置で添加される。上部流動床２については参照数
字９で表示されている位置でガス化剤を添加する
量と、固定床４について参照数字１０で表示され
ている位置でガス化剤を添加する量は、前記両床
でガス化すべき割合次第である。経済的に妥当な
範囲でこのようなガス化剤を予熱することは効果
的である。粗大な粒子は下部流動床段階１より移
行部５をへて固定床段階４にはいり、細かい粒子
は安定化室１１と接続区画３と移行部１２をへて
上部流動床段階２の中に移送され、参照数字９に
より表示されている位置でガス化剤を添加するこ
とにより前記上部流動床段階２でガス化される。
上部流動床段階２の断面積は下部流動化床段階１
の断面積より大きい。

上部流動床段階２から排出された固体分は、ガ
スといつしよに安定化室１３をへてサイクロン１
４に達し、参照数字１５により表示されている位
置でサイクロン１４の中にはいる。ガス化ガス
は、管路１６をへて、たとえば、ガス化ガスを冷
却する下流側熱交換器と接続された集ガス主管１
７に流れる。一方、分離されたコークス・ダスト
は、脚管１８をへてガス化バーナー１９に落下す
る。たとえば酸素、水蒸気のようなガス化剤が適
当な方法で入口２０を通つて供給される。脚管１
８が上部流動床領域２から退出する個所と前記脚
管１８がガス化バーナー１９の中にはいる個所と
の間に測定区間２０′が設けられており、該測定
区画２０′で輻射式計測器を使用して密度を測定
することにより下に向かつて流れるコークスダス
トの量が測定される。測定値は、前記入口２０で
ガス化バーナー１９に導入されたガス化剤の量と
割合を表示した信号を発信する。これによりコー
クスダストの量との正しい関係を設定することが
できる。補足的にバーナー１９をへて固体、液体
またはガス状の燃料を供給することも可能であ
る。ガス化温度にあわせて設計されたダストガス
化室２１がダストガス化バーナー１９の下に設け
られており、溶融状態でスラグが排出されるよう
な場合、前記ダストガス化室２１は冷却されると
ともに、耐火材でライニングされている。ダスト
ガス化室の出口２２は、溶けたスラグが１本のス
ラグの流れあるいは何本かのスラグの流れとなつ
て流動床１の中に逸出するよう設計されている。
この場合、前記スラグの流れは非常に厚いので流
動床１で粒状物が生じるが、この粒状物の大きさ
は固定床の中の粒状物が下に向かつてはいること
ができるような大きさである。灰やスラグは固定
床１より灰だめ６を通つて本ガス化系から取り出
される。

ダストガス化ガスの定量的な割合が流動床の全
ガス量に比べて少ない場合、下部流動床１の中に
ダストガス化室２１を浸漬してはならない。しか
し、前記ダストガス化ガスの定量的な割合が大き
くなると、ダストガス化室を下部流動床の中に浸
漬しなければならない。なぜなら、もしそうしな
いと、いつしよに運びこまれる固体分を含めて上
部流動床段階２に流入する混合ガスの温度が高く
なりすぎ、それ以前は液体であつた細かいスラグ
の粒子が十分に凝固しないので、壁面上に堆積す
るおそれがあるからである。

複数のサイクロン、たとえば、２本または４本
のサイクロンの代りに、固体分の出口にサイクロ
ンを１本だけ使用することも可能である。この場
合、固体分の分散は何本かの脚管をへて行なわれ
るが、脚管の本数はダストガス化バーナーの本数
と同じである。

第２図は、反応室の中に細かいダストを分離す
るセパレーター２３を中央に取り付けた一例を示
したものである。分離された固体分は管路２４を
通つて反応室の外側に設置された補修タンク２５
に排出される。該補修タンク２５の中で分離され
た固体分を冷却するようにしてもよい。固体分は
粉砕機２６に供給されて、該粉砕機２６の中で粉
砕され、粉砕機２６よりバンカー２７と供給装置
２８と管路３０をへてガス化バーナー１９に供給
させる。担体ガス２９、たとえば、ガスまたは蒸
気が前記管路３０の端に供給される。

中央のセパレーター２３が反応室の中に設けら
れておらず、反応室からガスとダストの混合物が
退出する出口のすぐうしろに設けられている場
合、これら諸構成要素の組み合わせは似たような
ものになる。第２図に示されている出口１７のう
しろに廃熱回収ボイラーを取り付けて、ガスと残
留ダストを冷却するようにしてもよい。

第３図に示されている実施例は上部流動床段階
２を省いたものであつて、ガス化装置のうぐうし
ろに廃熱ボイラー３１が設けられており、ガス化
工程をへたガスとダストの混合物は管路またはダ
クト３２を通つて廃熱ボイラー３１に供給される
ようになつている。

いつしよに運ばれてきたダストのうち粗大な部
分は廃熱ボイラー３１のそらせ板で分離されて、
タンク３３の中に集められ、該タンク３３より粉
砕装置２６に供給される。最後に、ダストは細か
いコークスとして担体ガス２９によりバンカー２
７と供給装置２８より管路３４をへてダストガス
化室に移送される。参照数字４０で表示されてい
る位置で前記ガス化室に外部から燃料を供給する
ようにしてもよい。廃熱ボイラーのうしろに、た
とえば、静電気式除塵装置３５が設置されてい
る。該除塵装置３５で分離された細かいダストは
管路３６をへてダストガス化バーナーに供給され
るかあるいは管路３７をへてガス化系から取り除
かれる。細かいダストが除去されたガスは、管路
３８をへてガス浄化設備に導びかれる。廃熱ボイ
ラー３１で分離された比較的粗大な部分は、たと
えば、管路３９をへて直接流動床の中に戻すよう
にしてもよい。

本発明の特長を列挙すれば次の通りである。

すなわち、ガス化剤とガス化されるコークスダ
ストとの関係を最適切な状態に保つことができる
こと。ダストのガス化生成物と流動床ガス化の反
応剤との間の熱交換を最適切な状態に保つことが
できること。戻り材の反応表面を増大させること
によりダストのガス化と灰の溶融を最適切な状態
に保つことができること。反応室の外側に配設さ
れているダストガス化バーナーに手を届かせるこ
とが容易であること。供給されるガス化に関係し
た材料すべてを制御することによりダストガス化
バーナーの設計を最適切化することができるこ
と。ダストガス化バーナーの構成を最適切にする
ことが可能であるとともに、補足的な燃料を外部
から供給することが可能であること。圧力降下に
左右されないので、ダストガス化室を流動床の中
に浸漬する深さを広い範囲にわたつて変えること
が可能であること等である。

上記のように記述され、添付図面に図示されて
いるすべての特徴は、単独にせよ組み合わせた状
態にせよ本発明の中に網羅されるものとみなすべ
きであることは理解していただけよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施する装置の一例を
概念的に図解した縦断面図、第２図は、本発明方
法を実施する別の装置の構成を概念的に図解した
縦断面図。第３図は、本発明方法を実施するさら
に他の装置の構成を概念的に図解した縦断面図。
１…下部流動床段階、２…上部流動床段階、３
…接続区画、４…固定床段階、５…移動部、６…
灰だめ、７…ウオーム式コンベア、８，９，１０
…ガス化剤添加個所、１１…安定化室、１２…移
行部、１３…安定化室、１４…サイクロン、１５
…流入口、１６…管路、１７…集ガス主管、１８
…脚管、１９…ガス化バーナー、２０…入口、２
０′…測定区画、２１…ダストガス化室、２２…
出口、２３…セパレーター、２４…排出管路、２
５…補修タンク、２６…粉砕装置、２７…中間バ
ンカー、２８…供給装置、２９…担体ガス、３０
…管路、３１…廃熱ボイラー、３２…管路、３３
…タンク、３４…管路、３５…除塵装置、３６，
３７，３８，３９…管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １バールから約80バールまでの圧力範囲で酸
   素かつ／または空気あるいは水蒸気を用いて固体
   状、粉末状あるいは塊状の炭素を含んだ材料を、
   上下に配設されかつガスの流れる方向に互いに連
   結された２つの流動床階段とその下方に配設され
   た固定床ガス化階段とからなる反応室の中でガス
   化する方法であつて、下部流動床の中に固体の原
   料を供給し、前記反応室における前記下部流動床
   の上方部位に配設された１つまたは複数のダスト
   ガス化室に生成ガスから分離された固体物を戻す
   ようにした方法において、前記ダストガス化室の
   ガス化バーナーが前記反応室の外側に取り付けら
   れていること、前記ダストガス化室が上方から前
   記下部流動床内へ垂下突出していること、及び、
   戻される固体分は前記反応室の外側で粗大なダス
   トの分離と細かいダストの分離とが順次行われた
   あと前記ガス化バーナーに供給され、細かいダス
   トの分離から生じた固体分は前記ガス化バーナー
   に直接戻され、粗大なダストの分離から生じた固
   体分は粉砕装置で粉砕されたあと前記ガス化バー
   ナーに戻されるようになつていることを特徴とす
   る方法。 ２ 反応室の下部流動床内への垂下突出する各ダ
   ストガス化室が、該流動床の高さの少なくとも３
   倍に等しい高さをもつた安定化室を該流動床の上
   に設けることができるような長さと容積に寸法ぎ
   めされており、ダストガス化室内での滞留時間を
   十分に長くとることによつて生成した純粋な物質
   の少なくとも半分をガス化することができるよう
   にするとともに、約1600℃の温度で少なくとも２
   秒間においてはいつてきた灰の少なくとも半分を
   溶かすことができるようにするため、該ガス化室
   の容積が該ガス化室で生成するガスの量と関連し
   て設定されていることを特徴とする特許請求の範
   囲の第１項に記載の方法。 ３ ダストガス化室を下部流動床内へ垂下突出さ
   せることにより、該ガス化室から逸出した高温の ガス噴流と溶けたスラグと該流動床との間で十分
   に大きい熱交換を行わせ、これにより、下に向か
   つて排出された粗大なスラグの粒子とガス流とと
   もに上に向かつて運ばれる細かいスラグとが長く
   スラグの状態のままであることを防止し得るよ
   う、前記ガス化室を出る溶けたスラグを少なくと
   も表面的に凝固させることを特徴とする特許請求
   の範囲の第１項または第２項に記載の方法。 ４ 分離された固体分を粉砕し、ダストガス化室
   に戻すにあたつて、上部流動床を省くことができ
   ることを特徴とする特許請求の範囲の第１項より
   第３項までの何れか１項に記載の方法。 ５ 排出された固体分または該固体分の一部分を
   粉砕するまえに、ガスと固体の混合物の熱が、少
   なくとも粉砕工程に許容された温度までガス化工
   程に必要とされる流体に伝達されるかあるいは外
   部からの流体に伝達されることを特徴とする特許
   請求の範囲の第１項より第４項までの何れか１項
   に記載の方法。 ６ たとえば、廃熱回収ボイラーのごときガスと
   固体の混合物を冷却する熱交換器が粗大なダスト
   を分離するために使用されることを特徴とする特
   許請求の範囲の第１項より第５項までの何れか１
   項に記載の方法。 ７ 戻される固体分に加えてあるいは戻される固
   体分の代わりに、別の燃料をガス化バーナーに供
   給することを特徴とする特許請求の範囲の第１項
   より第６項までの何れか１項に記載の方法。