JPH0321696A - 微粉原料ガス化装置及びその運転方法 - 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】

本発明は石炭、コークス、石炭液化残渣等の炭素微粉原
料ガス化装置に係わり、特に性状の異なる炭素微粉原料
を効率よくガス化するガス化装置およびその運転方法に
関する。

【従来の技術】

従来、ガス化装置には、固定層、流動層、噴流層等を用
いる各方式が種々提案されている。これらの方式の中で
、噴流層を用いる方式は石炭等の原料を微粉にして酸素
、空気等の酸化剤と共に石炭灰の融点以上（１３００〜
１６００℃）の温度のガス化装置内に供給して炭素微粉
原料をガス化させるため、他の方式に比較し、ガス化効
率が高く、適用原料種が広く、また、公害性の副産物が
少ない等の特徴を有していることから、合戒ガスの製造
、複合発電、燃料電池等の燃料製造に適している。 噴流層方式の炭素微粉原料ガス化装置としては、微粉炭
等の炭素微粉原料またはチヤ−（原料の揮発分がなくな
り、ガスと共に飛散するカーボン粒子）とガス化剤（酸
素、空気、スチーム等）を同じバーナより吹き込む一段
方式の装置と、前記のバーナに加えて、微粉炭またはチ
ャーだけを単独に吹き込むバーナを設置する二段方式の
装置がある。 ガス化反応は大別すると以下の方式で表される。 原料→チャー、Ｈ２，Ｃｏ，Ｃｏ２，ＣＨ４・・・・　
（１〉 チャー＋０２→Ｃｏ２，Ｃｏ，Ｈ２　・・・・　（２）
原料＋０２−Ｃｏ，ＣＯ２．Ｈ２　　　・・・・　（３
）（１）式は熱分解反応であり、前記した二段方式にお
いて、微粉炭等の原料だけを単独に吹き込むバーナによ
って起こりやすい６　（１）式と（２）式の反応を明ら
かに区別して併発させる方式の代表例としては公知のご
とく米国ＢＩ−ＧＡＳプロセスがある。またバーナから
炭素微粉原料とガス化剤とを同時に供給し、意図的に（
１〉式と（２〉式とを区別しない（３）式の反応式によ
るプロセスがあり、代表例としてはＴｅｘａｃｏプロセ
ス、Ｓｈｅ　ｌ　ｌ−Ｋｏｐｐｅｒｓプロセス等がある
。 また、本発明者らは、例えば特願昭５８−４７１６２号
公報および特願昭５８−５０４９６号公報に示すように
、ガス化装置内に酸化剤の配分の異なるバーナを二段設
け、二段バーナを複数設置した二段方式のプロセスを提
案している．第５図に、そのガス化装置の概略構成図を
示す．ガス化装置は装置をコンパクトにするため、一ｍ
に加圧装置となっており、炭素微粉原料は、常圧ホツパ
１０および二基の加圧ホッパ２０および３０を介してフ
ィーダ４０に定量供給され、フイーダ４０下流のエジェ
クタ５０で導入される窒素ガス等の搬送ガスに搬送され
、搬送ライン５１を経て、上段バーナ６１および下段バ
ーナ６２に供給される。上段バーナ６１および下段バー
ナ６２には、それぞれ酸素、空気等の酸化剤がライン６
３およびライン６４から送られる．そして、炭素微粉原
料はガス化装置６０のガス化室６５でガス化され、生戒
ガスはライン６９より排出される．下段バーナ６２に対
する酸化剤の供給量を上段バーナ６１のそれよりも多く
配分することによって、ガス化室６５内の下部の温度は
スラグが溶融する温度に高めて、下段バーナ６２では特
に、 原料＋０２→ＣＯｚ＋ｆ｛２０　　　　・・・・・　（
４）上段バーナ６１では特に、 チヤー十Ｃ　Ｏ　２→２ＣＯ　　　　　・・・・・　（
５）チャー＋Ｈ２０→Ｈ　２　＋　Ｃ○　　・・・・・
　（６〉の反応を起こりやすくするものである。本方法
では、酸化剤を下段バーナ６２に多く配分し、ガス化室
６５内の下部を高温にし、かつ上段バーナ６１では活性
なチャーを生成させようとするものである。 （５）式および（６〉式に示すガス化反応は（１〉式の
乾留反応に比較して反応速度が約１／２０〜１／５０と
小さいので、（５）式および（６）式の反応をいかに早
く行わせるかが重要となる。

【発明が解決しようとする課題】 日本のように、石炭のほとんどを輸入に頼っている国で
は、ガス化装置で一種類の原料だけを用いるのは稀であ
り、数種類の原料を用いるのが普通である。また、原料
についても石炭のみならずい原料をガス化するニーズが
高まってきている。 石炭液化残渣は軟化点が約２００℃以下であるため、こ
の温度になると原料は溶融し、更に温度を高めると膨ら
んでくるため、比表面積が石炭に比較して非常に小さい
く反応性が悪い。また石炭液化残渣および石油コークス
は元素分析の結果によると酸素および水素の割合が少な
く、炭素の割合が多い。このような原料が高温の炉内に
供給されたとき、（１）式および（６）式で水素および
酸素は原料より速やがに抜けてチャーとなるが、酸素お
よび水素の割合が少ないのでチャーは比表面積の小さい
、すなわち反応性の悪いチャーとなる．ところが上述し
たように多種多様な原料を用いてガス化するとき、単に
性質の異なる原料を混合したのでは効率も低く、場合に
よってはガス化炉が正常に運転できなくなることもある
．例えば、石炭液化残渣は前述したように軟化点が約２
００’Ｃ以下であるので、少ない酸化剤の雰囲気下では
原料が炉壁に付着し、そこで溶融、軟化して揮発分が抜
け、炭化するので、炉壁で大きなカーボンフラワを形成
し、同じ段に設置しているバーナの先端を塞ぐことがあ
る。第６図に、石炭液化残渣の炉壁への付着性に関して
の試験結果を示す。これは酸化剤の量とガス化炉内温度
を変化させて付着性を調べたものである。炉内温度を高
くし、かつ酸化剤／原料供給重量比を高くしないとＷ．
料の炉壁への付着性を弱くすることはできない。従って
、このような原料をガス化する場合、ガス化炉壁での原
料の付着性をなくそうとして、酸化剤を多く供給すると
生成ガスは発熱量を持たない水（　Ｈ　ｚ　Ｏ　）およ
び二酸化炭素（　Ｃ　Ｏ　２　）の割合が多くなってし
まうことになる。そこで石炭液化残渣のごとき原料の反
応性を高めようとして、反応性のよい石炭を混合して炉
内に供給しても、酸化剤はまず反応性のよい石炭と反応
するので、結局反応性の悪い原料の性質を変えることは
できない。 本発明の目的は、上記した従来技術に欠点を無くし、性
質の異なる原料、特に反応性の劣る原料を用いても、高
いガス化効率が得られるガス化装置および運転方法を提
供するにある。

【課題を解決するための手段】

上記の目的は、以下にのべる構戊により達成される。 すなわち、炭素微粉原料のガス化反応領域に酸素、空気
等の酸化剤と共に、炭素微粉原料を噴出するバーナを二
段以上備えたガス化装置において、各段毎のバーナに異
なる性状の炭素微粉原料を供給する供給ライン系統を設
けたことを特徴とする微粉原料ガス化装置である。 この微粉原料ガス化装置の各段のバーナには酸化剤供給
量調節弁を設け、また、各段のバーナへの供給ライン系
統には相互に供給原料を交換しうる供給ラインを備えて
もよい。 また、性状の異なる炭素微粉原料の中で少なくとも最下
段のバーナには反応性の劣る炭素微粉原料を酸化剤と共
に供給し、少なくとも最上段のバーナには反応性の良好
な炭素微粉原料を供給するガス化装置の運転方法である
。 反応性の劣る炭素微粉原料として無水・無灰ベースの元
素分析で（水素＋酸素〉／炭素の値が低い原料または粘
結性の高い原料を用い、反応性の良好な炭素微粉原科は
無水・無灰ベースの元素分析で（水素＋酸素）／炭素の
値が高い原料または粘結性の低い原料を用いても良い。 また、粘結性の異なる炭素微粉原料を用いるときは、定
常運転時には粘結性の高い原料を供給する、少なくとも
最下段のバーナに、微粉原料ガス化装置の起動時および
停止時にのみ粘結性の高い原料に代えて粘結性の低い原
料を供給する運転方法を採用しても良い．

【作用】

上述したように、二段以上のガス化反応により炭素微粉
原料をガス化する方法では、下段バーナにおける酸化剤
の供給量を上段バーナより多くして原料の灰分が溶融す
る温度までガス化炉内を高温化し、一方、上段バーナで
は酸化剤を少なく配分して活性に富むチャーに変換し、
下段バーナ部で生戒したＣＯ２およびＨ２０と反応させ
て、Ｃ○およびＨ２にするガス化反応を行わそうとする
ものである。 無水・無灰ベースの元素分析によると一般に、炭素微粉
原料の熱分解によって特に、水素および酸素を含む化合
物、例えば水素、メタンが熱分解初期に放出するので、
反応温度が灰の溶融点以下であれば、無水・無灰ベース
の元素分析で（Ｈ＋０）／Ｃの高い原料ほど、原料から
水素原子および酸素原子を含む化合物が放出する割合が
高い．すなわち比表面積の大きいチャーに変換するので
ある６したがって、酸化剤を多く配分し、雰囲気温度を
灰の溶融点以上に高める下段バーナには反応性の劣る原
料を供給し、まず、炭素微粉原料からＣＯ２およびＨｚ
Ｏを生成させ、下段バーナで生或したＣＯ２およびＨ２
０とチャーとを反応させるために上段バーナには酸化剤
を少量しか配分せずに、反応性の優れた原料を供給する
ことによって、高いガス化効率が得られるのである． 同様のことが粘結性の違う炭素微粉原料にも言える。粘
結性の高い、すなわちボタン指数の高い原料を、酸化剤
を多く配分する下段バーナに供給し、原料をできる限り
燃焼させて炉壁に原料が付？しないようにさせ、同時に
ＣＯ■とＨ２０を生或させ、このＣＯ２と８２０とを粘
結性の低い原料が供給される上段バーナにおいて活性な
チャ一生戒させる。このとき、上段バーナにおいては粘
結性の低い原料が供給されているので酸化剤の配分量を
少なくしても、原料が炉壁に付着することなく、高いカ
ーボンガス化率が得られる。ただし、炉壁温度が低下し
ている炭素微粉原料ガス化装置起動時あるいは停止には
、下段バーナにも粘結性の低い原料を供給することで炉
壁への原料付着を防止できる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する． 実施倒１ 第１図は、本発明のガス化装置の一実施例を示す概略的
楕或図である。一般にガス化炉は装置をコンパクトにす
るため、加圧装置となっており、炭素微粉原料を用いる
場合は、上段バーナ６１および下段バーナ６２それぞれ
について、常圧ホッバ１０および二基の加圧ホッパ２０
および３０を介してフィーダ４０により定量供給され、
ホッパ４０の下流にあるエジエクタ５０において、搬送
ガスライン５１から導入される窒素ガス等の搬送ガスに
より、バーナに炭素微粉原料が供給される．すなわち、
本発明では上段バーナ６１と下段バーナ６２にはそれぞ
れ別の供給系を設置している．また、上段バーナ用の加
圧ホッパ３０’からは、バルブ３４を設けたライン３６
を経て下段バーナ用のフィーダ４０にも上段バーナ用の
原料を供給できるようになっている．ガス化装置６０の
上段バーナ６１および下段バーナ６２には、それぞれ酸
素、空気等の酸化剤が供給ライン６３および６４を介し
て送られる。炭素微粉原料はガス化室６５でガス化され
、生成ガスはガス化装置６０上端のライン６つより排出
される．下段バーナ６２に対する酸化剤の供給量を上段
バーナ６１よりも多く配分することによって、ガス化室
６５の下部の温度はスラグが溶融する温度に高められる
．なお、生或スラグはガス化装置６０の底部において冷
却水６６で冷却され、ホッパ６８を経て排出される． 本発明の運転方法の一例を第２図に示す。上段バーナ６
１には無水・無灰ベースの元素分析で（Ｈ＋○）／Ｃの
割合の高い原料を、下段バーナ６２には上記分析値の低
い石炭を供給するものである。 炉内に機能の異なるバーナを二段設置して、ガス化反応
を行わせるガス化装置６０では、下段バーナ６２におけ
る酸化剤の配分を上段バーナ６１より多くして、原料の
灰分が溶融する温度まで高め、上段バーナ６１では酸化
剤を少なく配分して炭素微粉原料を活性に富むチャーに
変換し、下段バーナ６２で生成したＣＯ２およびＨ２０
と反応させて、ＣＯおよびＨ２にするガス化反応を行わ
そうとするものである．したがって、下段バーナ６２の
機能は高温の雰囲気を形成することであり、酸化剤を多
く配分するので原料の反応性の良否はほとんど関係ない
．一方、上段バーナ６１の機能は活性なチャーを生威し
、ガス化反応を行わせることであるので、できるだけ反
応の優れたチャーを生成するほうがガス化効率を高くす
ることができる．活性に富むチャーとは、比表面積の大
きいチャーのことであり、熱分解によって、特にＨおよ
び０の元素を持つ化合物が放出されるので、無水・無灰
ベースの元素分析で（Ｈ＋Ｏ），／Ｃの高い原料を上段
バーナ６１に供給するものである．したがって、酸化剤
を多く配分し、雰囲気温度を灰の溶融点以上に高める下
段バーナ６２には反応性の劣る原料を供給し、酸化剤を
少量しか配分せずに活性なチャーを生成させる上段バー
ナ６１には反応性の優れた原料を供給することによって
、高いガス化効率が得られるのである。 第１表に、本発明なるガス化法の試験結果を、第２表に
使用した原料の性状を示す．なお、第１表で、原料を加
算した、例えば、Ａ十ＢあるいはＣ＋Ｄは、それぞれの
性状の異なる原料を１：１の割合で混合した調整原料で
ある．（以下余白〉第１表 原料供給量：２０ｋｇ／ｈ 酸素／原料比：上段バーナ０．４ｋｇ／ｋｇ下段バーナ
１．２ｋｇ／ｋｇ 第２表 ＊：無水、無灰ベース 第１表の試験Ｎｏ．１−１および１−２より明らかなよ
うに、（Ｈ十ｏ）／Ｃの高い原料と低い原料とを混合し
た場合に比較して、（Ｈ＋Ｏ）／Ｃの高い原料を上段バ
ーナ６１に供給することによって、ガス化効率は４％向
上していることが分かる，さらに、試験ＮＯ．２−１お
よび２−２より粘結性の高い、すなわちボタン指数が高
い原料と低い原料とを混合した原料では、対向する上段
バーナ６１の炉壁に原料が付着、溶融しバーナ出口が閉
塞してガス化できなかったが、ボタン指数が高い原料を
酸化剤を多く配分する下段バーナ６２に供給することに
よって、ガス化試験ができ、高い力一ボンガス化率が得
られた． 実施例２ 第３図には粘結性の違う炭素微粉原料のガス化装置の運
転方法を示す。実施例１で示す石炭液化残渣のごとき原
料（第２表の原料Ｄ）は第６図に示すように、炉内温度
が低いとき、バーナから噴肘した原料が炉壁に付着し大
きなカーボンの塊を形成する．したがって、炉内温度が
低くなるガス化装置の起動時および停止前に、下段バー
ナより粘結性の低い原料を供給するものである．すなわ
ち、起動時および停止前に第１図に示す加圧ホッパ３０
出口のバルブ３１を閉め、バルブ３４を開けて粘結性の
低い原料を下段バーナ６２に供給するものである．第１
図では上段バーナ６１に原料を供給する加圧ホッパ３０
’より下段バーナ６２用のフィーダ４０にライン３６と
バルブ３４を設置したものであるが、第４図に示すよう
に、下段バーナ６２に供給するホッパ群を二系列設けて
も同様の効果が得られる．

【発明の効果】

本発明によれば、性状の異なる炭素微粉原料を、その性
状に合わせ効率よく、かつカーボンフラワ等の生成もな
くガス化できる。とくに反応性の低い炭素微粉原料であ
ってもそれらをそれぞれ反応性の高い炭素微粉原料とそ
れぞれの原料に対する酸化剤の供給量をうまく組み合わ
せることにより、効率良くガス化することができ、石炭
液化残渣あるいは石油コークスなどのガス化にも適用で
きる，

【図面の簡単な説明】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素微粉原料のガス化反応領域に酸素、空気等の
   酸化剤と共に、炭素微粉原料を噴出するバーナを二段以
   上備えたガス化装置において、各段毎のバーナに性状の
   異なる炭素微粉原料を供給する供給ライン系統を設けた
   ことを特徴とする微粉原料ガス化装置。
2. （２）各段のバーナに酸化剤供給量調節弁を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の微粉原料ガス化装置。
3. （３）各段のバーナへの炭素微粉原料供給ライン系統は
   相互に供給原料を、交換しうる供給ラインを付設したこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の微粉原料ガス化
   装置。
4. （４）少なくとも最下段のバーナには反応性の劣る原料
   を酸化剤と共に供給し、少なくとも最上段のバーナには
   反応性の良好な原料を供給することを特徴とする請求項
   １〜３記載の微粉原料ガス化装置の運転方法。
5. （５）反応性の劣る原料は無水・無灰ベースの元素分析
   で（水素＋酸素）／炭素の値が低い原料であり、反応性
   の良好な原料は無水・無灰ベースの元素分析で（水素＋
   酸素）／炭素の値が高い原料であることを特徴とする請
   求項４記載の微粉原料ガス化装置の運転方法。
6. （６）反応性の劣る原料は粘結性の高い原料であり、反
   応性の良好な原料は粘結性の低い原料であることを特徴
   とする請求項４記載の微粉原料ガス化装置の運転方法。
7. （７）定常運転時には粘結性の高い原料を供給する、少
   なくとも最下段のバーナに、微粉原料ガス化装置の起動
   時および停止時にのみ粘結性の高い原料に代えて粘結性
   の低い原料を供給することを特徴とする請求項６記載の
   ガス化装置の運転方法。