JPH04503526A

JPH04503526A - 石炭ガス化方法とその装置

Info

Publication number: JPH04503526A
Application number: JP1-504454A
Authority: JP
Inventors: ヘンリー，ジョン・ピー; パーソン，スタンレイ・アール; ピーターズ，ブルース・シー; ラファイエット，ラリー・エル
Original assignee: デステック・エナジー・インコーポレーテッド
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1992-06-25
Anticipated expiration: 2013-02-25

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】石炭ガス化方法とその装置本発明は炭素質材料のガス化に関するものであり、更に詳しく述べると固形の炭素燃料を燃料価値の高いガス製品に転化することに関する。

石炭等の炭素材料のガス化に関しては、下記の三プロセスが開発されている。

（１）固定床ガス化、（２）流動床ガス化及び（３）懸濁ガス化又はエントレンメント（ｅｎｔｒａｉｎ＋ｇｅｎｔ）ガス化である。

エントレンメントガス化器の固有の欠点は、熱い生成ガスを発生することである。石炭の熱価値（ｈｅａｔ　ｖａｌｕｅ）を十分に使うにはガスから熱を回収しなければならない。部分酸化によるガス化反応を水や水蒸気で直接急冷すること（米国特許第２．９５７．３８７号、同第３．０００．７１１号及び同第３．７２３．３４５号）、或いは間接熱交換により流出ガスを部分冷却すること（米国特許第３．０２５．１．４９号）は公知である。しかしながら、流出ガスを急冷する際に高温の熱が多量に失われ、製造される合成ガスの燃料価値は高まらない。

エントレンメントガス化器の別の欠点は、ガス生成物の温度をかなり裏通すぎる温度にし、そのため引続き通常の輻射熱水管ボイラーで熱を回収するには急冷又は冷却しなければならないことである。すなわち、生成ガスを熱回収ボイラーに導入する前にかなり冷却しなければならないのである。このような訳で、有用となるはずの高温熱のかなりの量が失われる。しかも、輻射熱回収ボイラーの設備費は極めて高額である。従っ°乙エントレンメントガス化法には、別種の熱回収ボイラーが経済的な意味で必要である。

エントレンメントガス化法の更なる欠点は、固着性のスラグ粒が部分ガス化反応器を経由して運ばれ、熱回収装置の伝熱面を汚し勝ちなことである。

た熱を吸熱反応に必要な熱として用いるような石炭ガス化法があれば極めて望ましく、エネルギー効率上も良好であろう。すなわち、本発明の一目的は、炭素材料を酵素含有ガスで部分酸化する発熱反応器を燃やされていない（ｕｎｆｉｒｅｄ）第二反応器と組み合せ、追加炭素質材料を水と反応させて高品質の合成ガスを製造する吸熱反応を効率的に進行させる反応器を提供することにある。上記及びその他の目的は、以下で説明する本発明に従って達成される。

一般に、本発明は炭素質材料をガス化するための非触媒的二段上向流プロセスを提供するものであり、該プロセスは燃焼管廃熱装置を使用できる非汚染性のガス生成物を製造する。拳法の第一段すなわち第一工程は、燃焼加熱される水平なスラグ生成反応域すなわち第一反応器内で酸素含有ガス流と担体液に炭素質固体粒を分散させたスラリーの第一増分（ｉｎｃｒｅ＋ｍｅｎｔ）とを燃焼させることからなる。

スラリーの固形分濃度は３０乃至７０重量パーセントである。燃焼は、水平式反応器域内で対面する水平なバーナ、ノズルを用いて、１３００乃至１６５０℃（２４００乃至３０００’Ｆ）の温度で生起する。水平なバーナノズルも共軸的であることが好ましいが、必須ではない。この酸素、炭素質固形分及び担体液を水蒸気、担体液の蒸気、スラグ、チャー（ｃｈａｒ）及び燃焼生成ガスに転化する。反応器内で生成するスラグは重力により反応器の底部に流下し、タップホールを経由して反応器から排出される＠　第二段すなわち第二工程では、燃やされてる（ｆｉｒｅｄ）水平な反応器からでる水蒸気、担体液の蒸気、チャー及びガス生成物を燃やされていｔｌい垂直の第二段反応器内で担体液中の炭素固体粒スラリーの第二増分と接触させて、水蒸気、担体液の蒸気、合成ガス及びチャーを生成し、チャーは流出ガスに随伴される。

本願で用いる［燃やされていない（ｕｎｆｉｒｅｄ）　Ｊなる語は、第二の酸素含有ガスを追加して更に燃焼を促進しないことを意味する。この垂直の第二段反応器は、燃やされている水平な反応器内で生起するような燃焼や発熱反応を更に促進することがない。垂直な第二反応器では、燃やされている水平な反応器内の燃焼により発生する熱を用いる吸熱反応が専ら生起するのである。担体液中の炭素質固体粒の第一増分を、反応を良好にするため炭素質固体粒スラリーを噴霧させる水蒸気又はその他の霧化ガスと共に垂直な第二段反応器内に注入する。初めの注入点より下流の点でスラリーの第二増分を注入すると、燃やされている水平な反応器から出るガスの温度は低下し、プロセス内で発生する熱は更に効率的に使用される。すなわち、燃やされている水平反応器は主として燃焼反応器であるが、垂直な第二段反応器は主として急冷反応器であって、ガスの熱源価値を高めるものである。第二増分スラリーの固形分濃度は３０乃至７０重量パーセントである。垂直な第二反応器の温度は８７０乃至１１００℃（１６００乃至２０００ ’　Ｆ）である。本発明の方法の一好握実施態様では、燃やされていない垂直の第二段反応器を燃やされている水平反応器の最上部に直接連結し、熱い反応生成物を水平反応器から第二段反応器に直接運んで反応生成ガスと随伴固形分の熱損失を最小にする。直接連結は、形成されたスラグが第一段水平反応器で冷やされて固体沈着物を形成することを防止する温度を維持する点の利点も有する。

燃やされていない垂直第二段反応器からの合成ガスと流出ガスに随伴するチャーは、最上部から出てサイクロン分離器で分離される。サイクロン分離器を出たチャーは、担体液と混合されて希薄なスラリーを形成する。この後、このスラリーは沈降タンク内で固形分濃度１０乃至３０重量パーセントまで濃縮される。次に、第一段に供給される固体炭素燃料の合計量を基準として５乃至２０パーセントの濃縮された再循環チャースラリーを、好ましくは水平の燃やされているスラグ生成反応器に供給される第一増分を含む炭素質固体粒の一以上の流と混合したあと、第一段水平スラグ生成反応器域に添加する。

生成ガスは、サイクロンを出たあと高温熱回収系に入る。普通、このような装置は輻射熱型ボイラー又は水管ボイラーになるであろうが、この場合には、前記のようなボイラーは設備費が極めて高い。従って、煙管ボイラー（ｆｉｒｅ−ｔｕｂｅ−ｂｏｉｌｅｒ）が適当であり、これは必要な熱交換容量を与えると共に操作が簡単で設備費も低く、熱回収操作のＭ要求にもうまく合致する。水蒸気加熱器を更に付加することにより、この操作を高めることができる。

しかしながら、この追加設備は、燃やされている燃焼反応工程及び燃やされていない第二段反応工程が非汚染性のガス流を与える時しか実用的でない。すなわち、合成ガスが芳香族化合物やタール質の重質炭化水素を含む場合は不可であるが、これらの重質炭化水素は高温熱回収では問題とはならない。合成ガスは５マイクロメータ径までの溶融スラグの小粒も含有し、この小粒は融点が僅かに低目のアルカリ性表面を内部伝熱面に付着する傾向があり、従ってボイラーの伝熱面は急速に汚れて非効率になり、時には閉塞することもある。すなわち、本発明の方法は、非汚染性の生成ガス流を堤供し、固着性のスラグ粒をより堅くて固着性の少ないものにするよう十分冷却することが必須なのである。従って、本発明では、固着性スラグを上部に吸収できるような炭素質粒状材料の存在下に、随伴スラグ粒の初期変形温度より低い温度まで生成ガス流を冷却する必要がある。

図面は、本発明の方法に有用な好適装置の概要及び本発明方法の一好適実施態様を実施するためのプロセスフローダイグラムである。

以下の説明は、本発明の原理を適用する方法を説明するものであって、如何なる意味に於ても本発明の範囲を限定すると解されてはならない。

更に詳しく述べると、図１に示すように、酸素又は空気や酸素富化空気等の酸素含有ガスからなる第−及び第二の流、並びに炭素質固体粒と担体液とのスラリー第一増分が、夫々ミキシングノズル６及び６ａを経由して装置１に入る。ミキシングノズル６及び６ａは、水平な燃やされているスラグ生成反応器３内に向き合って配置され、反応器３の夫々の端部分１０及び１１を経由して伸長する。燃やされている水平なスラグ生成反応器３の内部で、原料流は水蒸気、スラグ、チャー、担体液の蒸気、水素、−酸化炭素、二酸化炭素、少量のメタン、アンモニア及び硫化水素を含むその他ガス並びに固着性スラグの小さな随伴粒に発熱的に転化される。副生物として生成するスラグ塊は、反応器３の底部からタップホール２を経由してスラグ急冷部９及び連続減圧系（図に示していないンに排出される。

水蒸気、チャー、中間体ガス及び生成物に随伴するものは、反応器３を出ると上方の燃やされていない第二段反応器４に流入し、そこで炭素質固体粒と担体液とのスラリーの第二増分がノズル８を介して注入される。反応器３で生成して上方に運ばれた熱は、吸熱プロセスの実行に使用される。吸熱プロセスは燃やされていない第二段反応器４内で生起し、供給水の蒸発、炭素−水蒸気反応及びＣＯと水との水性ガス反応を含む。炭素−水蒸気反応はＣＯとＨ２を生成し、従ってこれら使用可ガスの収量を高める。水性ガス反応では一酸化炭素と水又は水蒸気とが反応して二酸化炭素と追加水素を生成する。従って、燃やされていない第二段反応器内で生起する反応は、燃やさている燃焼反応で生ずるガスを富化して高グレードの合成ガスを製造し、その際に燃焼反応器から熱を回収してガスを十分に冷却し、その結果として随伴されるスラグが灰分融着初期変形温度（１１００乃至１１５０℃すなわち２０００乃至２１００’　Ｆ）より低目に冷却することにより、随伴スラグ滴は自己融着するか或いは粒状材料上に融着して伝熱面に付着することはない。このミキシングノズル又は二流体ノズル６及び６ａは、炭素質固体粒スラリー原料を霧化し１．炭素質固体の燃焼を更に効率的にする。このノズルは、スラリー用の中央管と、中央管を取り巻いて霧化ガスを含む環状空間とを有し、霧化ガスが内部的又は外部的に共通の混合域に向かって開放されてスラリーを霧化するような型のものが好ましい。更に、燃やされていない第二段反応器４の注入ノズル８も前記の型のノズルにすることができる。ミキシングノズル６及び６ａと注入ノズル８は共に、当業者には従来から知られているように、内部混合型のものであっても外部混合型のものであってもよい。このようなノズルの例及び本発明に類似したプロセスでの使用は、米国で係属中のリップ（Ｌｉｐｐ）の米国特許出願第０３９゜４９３号（８７年４月１６日出Ｎ）及び米国特許第４．６７９．７３３号（１９８７年７月１４日公告）に記載されている。

図１に更に示すように、燃やされていない第二段反応器４からの流出物はサイクロン分離器５に送られ、固体流と合成ガス流とに分離される。合成ガス流は水素、−酸化炭素、少量のメタン、ＨｚＳ、アンモニア、水蒸気、担体液蒸気、窒素、二酸化炭素及び少量のチャー粒からなる。固体流は、燃やされていない第二反応器４で生成した又は水平反応器３から運ばれてきた固化灰及びチャーからなる。次に合成ガスを煙管ボイラー１４に送り、給水ライン１５から供給されるボイラー供給水から水蒸気を発生させ、それを水蒸気ドラム１６に送る。ボイラー１４で発生した水蒸気は水蒸気加熱器１８に送られて更に熱価値を回収し、今やかなり冷たくなった合成ガスはライン２０を介して熱回収系から出てゆき、所望の冨燃料生成ガスとして更なる用途に供せられる。チャーを低濃度スラリーにし、沈降して、以下で更に詳しく説明するように、新たな炭素質固体／担体液スラリーに併合して反応器３に再循環する。

サイクロン分離器５でガス流から分離されたチャーと灰分とからなる固体流は、担体液と接触して希薄なスラリーを形成し、濃縮のために沈降槽７に向かう。沈降槽７に分離手段及び蒸発手段（図示していない）を含めてスラリーを更に濃縮してもよい。槽７を出る流は再循環スラリー流を形成する。チャーと担体液との好適な再循環スラリー濃度は２０乃至４０重量パーセントであり、３０乃至４０重量パーセントであると更に好ましい。チャーと担体液とのスラリーは高率の固形分濃度を有するが、固形分濃度が高過ぎると、燃やされている水平反応器３への供給原料の粘度が過大になって、ポンプ輸送が不都合になる。チャーと担体液との再循環スラリーを混合槽７ａで炭素質固体スラリーと担体液との原料スラリーに混合するのは、ミキシングノズル６及び６ａを介して燃やされている水平反応器３に移す前に行うことが望ましい。

燃やされている水平なスラグ生成反応器３及び燃やされていない第二段反応器４のＩＭ材料は限界的なものではない。この容器壁は鋼であって、絶縁性のキャスタブル又はセラミック繊維又は第一段反応器では高クロム含有レンガ、第二段では高炉やスラグ非生成用途に用いられるデンスメディアム（ｄｅｎｓｅ　ｍｅｄｉｕａ＋）等の耐火レンガで内張すされていることが、必須ではないが好適である。上記の絶縁材料はすべて幾つかの供給先から開業入手可能である。この型のシステムを使用すると、プロセスで使用する炭素質の固体から熱価値を高率で回収する。任意選択別法として、燃やされている水平反応器３及び場合によっては燃やされていない第二反応器４に「冷壁」系を採用することにより壁を内張すしないこともある。

本願で用いる［冷壁（ｃｏｌｄ　ｗａｌｌ）　Ｊなる語は、先行する石炭ガス化系で従来から知られているように、外陰ジャケットで壁を冷却することを意味する。このような系では、スラグは内壁上で凍結し、冷却ジャケットの金属壁を保護する。

プロセス内の反応条件は、供給原料の型及び所望する転化の種類によって変化する。一般に、燃やされている水平なスラグ生成反応器３の温度は１３００乃至１６５０’Ｃ（２４００乃至３０００°Ｆ）に維持される。この温度より低いとスラグは更に粘稠となり勝ちであって、凍結し堆積を起こして時には反応器を閉塞させることがある。

１６５０℃（３０００’　Ｆ）より高い温度だと、反応は急速に起きるが満足度の低い生成ガスが製造されて総括熱効率は低下し、従って操作の経済性は低下する。燃やされていない第二段反応器４の温度は、８７０℃乃至１１００℃（１６００乃至２０００＠Ｆ）であることが望ましい。それより低い温度だと炭素質材料の生成ガスへの添加率が低下し、再スラリー化及び再循環を要するチャーの製造量が高まるからである。

燃やされていない第二段反応器４の高域温度は、燃やされている水平反応器３の温度に主として関係する。燃やされている水平反応器３から上方にな流れる熱い中間生成物は、燃やされていない第二段反応器４内で生起する吸熱反応のための熱を供給する。煙管ボイラー１４及び水蒸気過熱器１８における温度降下は、流入温度と伝熱面に関係する。一般に、入口温度は燃やされていない第二段反応器４の出口温度に近く、代表的には８７０乃至１１００°Ｃ（１６００乃至２０００’　Ｆ）であり、高温熱回収系の代表的出口温度は２３０乃至２９０℃（４５０乃至５５０°Ｆ）である。装置各部分の温度は重要なのであるが、特定の反応条件それ自身は、高温熱回収系人口温度はスラグ粒が汚染問題を起こす温度よりも低いことを除いて、本発明の方法又は装置に重要ではない。

本発明の方法は大気圧又はそれより高目の圧力で行われる。一般に、反応器３の圧力はゲージ圧３４５乃至４１．４００　ｋＰａ　（５０乃至６００　ｐｓｉｇ）である。圧力がゲージ圧４１４０　ｋＰａ　（６００ｐｓｉｇ）より高いと、高圧反応装置の設備賀が拳法の経済的魅力を低下させ、一方で圧力がゲージ圧３４５　ｋＰａ　（５０ｐｓｉｇ）より低いと、反応器３及び燃やされていない第二段反応器４における生成ガス吐出量は経済的に魅力ある量より少なくなる。この方法はゲージ圧６９０乃至２７６０　ｋＰａ　（１００乃至４００　ｐｓｉｇ）の圧力で実施することが好ましく、ゲージ圧１７２５乃至２７６０　ｋＰａ　（２５０乃至４００　ｐｓｉｇ）の圧力が最も好ましい。

この方法は如何なる炭素質材料にも適用可能である。更には、この両段における炭素質材料の買及び濃度は同一ではない。しかしながら、炭素貿材料粒は石炭であることが好ましく、制限なしに褐炭、歴青質石炭、亜歴青質石炭又はそれらの任意の組み合わせを含むものである。更には炭素質材料は石炭コークス、石炭チャー、石炭残留液、位状炭素、石油コークス、頁炭から誘導される炭素質固形分、タールサンド、ピッチ、濃厚サワースラッジ、ゴミ（ｂｉｔｓ　ｏｆ　ｇａｒｂａｇｅ）、ゴム及びそれらの混合物である。以上例示した材料は、輸送可能な担体液中スラリーとして材料取扱い性と反応特性を最良にするため、微粉砕固形物の形態にすることができる。

炭素質固体材料の担体液は、蒸発できて、所望の生成ガス特に−酸化炭素や水素を生成する反応に参加できるものならば如何なる液体であってもよい。最も考え易い担体液は水であり、これは反応器３と燃やされていない第二段反応器４との双方で水蒸気を生成する。水蒸気は炭素と反応して合成ガスの成分である生成ガスを形成することができる。これに加えて、水量外の液体を用いて炭素質材料をスラリーにすることもできる。担体液は水が好ましいが、炭化水素たとえば燃料油、石油や液体ＣＯ２であってもよい。担体液が炭化水素である時は、追加水又は水蒸気を加えて効率的な反応及び反応温度緩和のために十分な水を供給する。

燃やされている水平反応器３に供給する酸素含有ガスとしては２０パ一セント以上の酸素を含有する任意のガスが使用される。好適な含有ガスには、酸素、空気及び酸素含有ガスとしての空気を酸素富化したものがあり、反応器３内での２１！離の元素状酸素対炭素の初期原子比は１．５：１乃至２．５：１である。酸素では、その比は１：１乃至２：１である。

スラリーとして担体液内に存在する炭素質材籾粒の濃度は、ポンプ輸送可能な混合物になるような濃度でありさえすればよい。一般に、この濃度は固体材料が７０重量パーセント迄の範囲にわたる。スラリー中の炭素質材籾粒の濃度は、この方法の第一段及び第二段の双方に於て３０乃至７０重量パーセントの範囲にある。水性スラリー中の石炭濃度は４５乃至５５重量パーセントであると更に好ましい。

石炭が供給原料であるとき、それは粉砕されたあと担体液に混合されてスラリーを形成する。一般に、細分割された炭素質材料ならば如何なる材料も使用可能であり、固体粒の粒径を縮少する既知の方法は何れも使用することができる。このような方法の例には、ボールミル、ロッドミル及びハンマーミルを用いる方法がある。粒径は限界的ではないが、細分割された炭素粒が好適である。石炭火力発電所の燃料として使用される粉末石炭が代表的なものである。このような石炭の粒径分布は、その９０重量パーセントがタイラー（Ｔｙｌｅｒ）系列の２００メツシユ篩を通過するような分布である。

本発明を以下の実施例で説明するが、これらの実施例は如何なる意味においても本発明の範囲を限定するものと解されてはならない。

実施例１粉砕した亜歴青炭すなわちウェスターンコール（Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｃｏａｌ）　５２パーセントと水４８パーセントを含む２６，７℃（８０″Ｆ）のスラリーを燃やされている水平反応器３の対面する二個のバーノズルの各々に１９５リツトル／分（５２ガロン／分）の割合で、４Ｌ　０００　ｋｇ／時（９０，０００ボンド／時）の割合で流れる５００℃（９５０＠Ｆ）の空気流と共に注入した。反応器３内部の温度は１４３０℃（２６００’　Ｆ）であり、圧力はゲージ圧８３０　ｋＰａ　（１２０ｐｓｉｇ）であった。反応器３で製造された水蒸気と熱い生成ガスを上方の燃やされていない第二段反応器４に通し、そこで５２重量パーセントの粉末亜歴青炭と４８重量パーセントの水を含み７５リツトル／分（２０ガロン／分）の割合で流れる２７℃（１８０’　Ｆ）のスラリー第一増分、並びに３２００　ｋｇ／時（７，０００ボンド／時）の割合で流れる２４０℃（４６５”　Ｆ）の霧化水蒸気に接触させた。

燃やされていない第二段反応器４では、反応器３で発生した熱はスラリー第二増分に吸収され、該スラリーを更なる水蒸気及び生成ガスに転化するため使用される。燃やされていない第二段反応器４内部の温度は９８０°Ｃ（１８００’　Ｆ）であった。この水蒸気及び生成ガスを燃やされていない第二段反応器４からサイクロン分離器５に排出し、そこでこの混合物をガス流と固体流とに分離する。

反応器３からの排出物は乾燥基準で水素１０．４パーセント、−酸化炭素１０．４パーセント、二酸化炭素１５．０パーセント、メタン０．０４パーセント及び窒素６５．０パーセントからなる。このガス流はサイクロン分離器５から４５．０００　ｋｇ／時（１００，０００ボンド／時）の割合で排出され、乾燥容積基準で水素１１，８パーセント、−酸化炭素８．８パーセント、二酸化炭素１５．４．パーセント、メタン０．５パーセント及び窒素６３．４パーセントを含有した。この固形分を１１００リツトル／分（３００ガロン／分）の割合で流れる９０乃至１５０℃（２００−３００＠Ｆ　）の水と混合してスラリーを形成し、それを固形分２５重量パーセントまで濃縮し、所望に従い燃やされている反応器３に反応器に再循環するか、或いは排出して廃棄処理に付した。

粉末亜歴青炭５０重量パーセントと水５０重量パーセントを含む２７°Ｃ（１，８０°Ｆ）のスラリーを１９５リツトル／分（５２ガロン／分）の割合で、４１．０００　ｋｇ／時（９０，０００ボンド／時）の割合で流れる５００°Ｃ（９５０’　Ｆ）の空気流と共に燃やされている水平反応器３に注入した。反応器３内部の温度は１４５０℃（２６５０°Ｆ）であり、圧力はゲージ圧７５８．４２　ｋＰａ　（１１０ｐｓｉｇ）であった。反応器３で製造された水蒸気と熱い生成ガスとを燃やされていない第二段反応器４に通し、そこで粉末亜歴青炭４０重量パーセントと水６０重量パーセントを含んで１０６リツトル／分（２８ガロン／分）の割合で流れる２７℃（８０’　Ｆ）のスラリー第二増分、並びに３２００　ｋｇ／時（７゜０００ボンド／時）の割合で流れる２４０℃（４６５”　Ｆ）の霧化水蒸気に接触させた。

燃やされていない第二段反応器４では、反応器３で発生した熱はスラリー第二増分に吸収され、該スラリーを更なる水蒸気及び生成ガスに転化するため使用された。燃やされていない第二段反応器４内部の温度は９８０℃（１８００’　Ｆ）であった。

この水蒸気及び生成ガスを燃やされていない第二段反応器からサイクロン分離器５に排出し、そこでこの混合物をガス流と固体流とに分離した。反応器３の上部から排出される生成ガスは、乾燥基準で水素９．５パーセント、−酸化炭素１０．２パーセント、二酸化炭素１６．５パーセント、メタン０．０７バーセント及び窒素６３．６バーセントを含有した。サイクロン分離器５の上部から５１．０００　ｋｇ／時（１１２，０００ボンド／時）の割合で排出される生成ガスは、乾燥基準で、水素１２パーセント、−酸化炭素１０．０パーセント、二酸化炭素１１．０パーセント、メタン０．５パーセント及び窒素６６．４パーセントを含有した。固形分を１１００リツトル／分（３００ガロン／分）の割合で流れる９０乃至１５０℃（２００−３０００’　Ｆ　）の水と混合してスラリーを形成し、次にそれを固形分２５重量パーセントまで濃縮し、所望に従い燃やされている反応器３に再循環するか、或いは排出して廃棄処理に付した。

実施例３本実施例では、図１に装置１として示したものと同様な反応器への供給原料として粉末褐炭と水とのスラリーを用いた。酸素含有ガスは、空気の代わりに９９．６バ一セント純度の酸素を使用した。

７４０　ｋｇ／時の割合で流れる１７℃（６３°Ｆ）の酸素と共に、乾燥褐炭４４．５重量パーセントを含む２４°Ｃ（７５’　Ｆ）のスラリーを１３３０　ｋｇ／時の割合で燃やされている水平反応器３に注入した。反応器３内部の温度は１３７０’Ｃ（２５００’　Ｆ）であり、圧力はゲージ圧１６５　ｋＰａ　（２４０ｐｓｉｇ）であった。バージ器具を介して４５ｋｇ／時（１００ボンド／時）の窒素を燃やされている水平反応器３に添加した。燃やされている水平反応器３で発生した水蒸気と熱い生成ガスを燃やされていない第二段反応器４内に上向きに通し、そこで乾ｆｉ褐炭４４．５重量パーセントを含んで４００　ｋｇ／時（８７４ボンド／時）の割合で流れる２４℃（７５°Ｆ）のスラリー第二増分、並びに７３　ｋｇ／時（１６１ボンド／時）の割合で流れる２４０℃（４６５＠Ｆ）の霧化水蒸気に接触させた。燃やされていない第二段反応器４では、燃やされている水平反応器３で発生した熱はスラリー第二増分に吸収され、スラリーを更なる水蒸気及び生成ガスに転化するため使用された。燃やされていない第二段反応器４内部の温度は１０００℃（１８４０’　Ｆ）であった。この水蒸気及び生成ガスを燃やされていない第二段反応器４からサイクロン分離器５に排出し、そこでこの混合物をガス流と固体流とに分離した。この固体流を水に加えて排出した。反応器３からの排出物は、乾燥容積基準で、水素４３．３パーセント、− 酸化炭素２６．６バーセント、二酸化炭素２３．３パーセント、メタン０．８パーセント及び窒素５．９パーセントを含有した。

サイクロンから排出されるガス流は、乾燥容積基準で、水素４８．８パーセント、−酸化炭素２２．０パーセント、二酸化炭素２３．３パーセント、メタン２．２パーセント及び窒素３．５パーセントを含有した。

実施例４１３、０００　ｋ、　ｇ　／時（２９，２００ボンド／時）の割合で流れる酸素流と共に、粉末の亜歴青炭と再循環チャーを４９，５重量パーセント含み、正味水量が５０，５重量パーセントの９３℃（２００’　Ｆ）のスラリーを３２５リツトル／分（８６ガロン／分）の割合で燃やされている水平反応器３に注入した。この供給スラリーは、５１パ一セント固形分の亜歴青炭スラ’Ｊ　−０，９２容積分率と３０パ一セント固形分のチャースラリー〇、０７４容積分率との混合物であった。反応器３内部の温度は１５６０℃（２８４０”　Ｆ）であり、圧力はゲージ圧８２７　ｋＰａ　（１２０ｐｓｉｇ）であった。反応器３で製造された水蒸気と熱い生成ガスを上部から燃やされていない第二段反応器４に通し、そこで粉末亜歴青炭５０重量パーセント及び水５０重量パーセントを含んで９５リツトル／分（２５ガロン／分）の割合で流れる３２°Ｃ（９０°Ｆ）のスラリー第二増分、並びに３１８０ｋｇ／時（７，０００ボンド／時）の割合で流れる２４０℃（４６５’　Ｆ）の霧化水蒸気に接触させた。燃やされていない第二段反応器４では、反応器３で発生した熱はスラリー第二増分に吸収され、スラリーを更なる水蒸気と生成ガスに添加するため使用された。この熱回収ユニット４内部の温度は１０５０℃（１９２０°Ｆ）であった。この水蒸気及び生成ガスを燃やされていない第二段反応器４からサイクロン分離器５に排出し、そこでこの混合物をガス流と固体流とに分離する。反応器３の上部から排出される生成ガスは、乾燥基準で、水素３２．７パーセント、−酸化炭素３１．５ノ＜−セント、二酸化炭素３０．５パーセント、メタンＯパーセント及び窒素５．３パーセントを含有した。サイクロン分離器５の上部から２３．０００ｋｇ／時（５０，５０４ボンド／時）の割合で排出される生成ガスは、乾燥基準で、水素３６．１パーセント、−酸化炭素２６．７バーセント、二酸化炭素３１．８パーセント、メタン０．５パーセント及び窒素４．９パーセントを３有した。サイクロン底部からの固形分を１１３５リツトル／分（３００ガロン／分）の割合で流れる９３乃至１４９℃（２００乃至３００”　Ｆ）の水を混合してスラリーとなし、次にそれを固形分約２５重量パーセントまで濃縮して燃やされている反応器３に再循環した。

実施例５以下の実施例は、燃やされていない第二段反応器４を本発明の方法に使用しないと、図１に示すような煙管ボイラーが閉基することを示す。

水４８，７パーセント及びおよその元素分析値が炭素６８．５パーセント、水素４．７／＜−セント、窒素０．８パーセント、硫黄０．３５パーセント、酸素１９．０５パーセント及び灰分６．６バーセントのワイオミング（Ｙｙｏｍｉｎｇ）亜歴青炭５１．３パーセントを含む２４℃（７５°Ｆ）スラリーを１０５０リツトル／分（２３０ガロン）の割合で使用し、固形分ｋｇ当たり１．１１ｋｇの酸素と共に１４５０℃（２６５０’　Ｆ）並びにゲージ圧１８６０ｋＰａ　（２７０ｐｓｉｇ）で操作される図１に示すような随伴流水平式の燃やされているスラグ生成反応器に供給した。この方法では８５．０００ｋｇ／時（１８７，４０００本度／時）の合成ガスが生成し、その成分は水素３９（容積）パーセント、二酸化炭素３０パーセント、−酸化炭素２８パーセント及び窒素３パーセントであった。この合成ガスを反応器から出して急冷し、水を用いて温度を低下させた。次に、この生成ガスをサイクロンに導き０、小径すなわち５マイクロメートル未満のスラグ粒及びタール生成物置以外のチャー及びフライアッシュを除去した。次にこの生成ガスを、長く延ばし且つ径を拡大した管状容器に導いて滞留時間を延長し、その後９１０℃（１６７０”　Ｆ）で煙管ボイラーで熱回収した後、この合成ガスをベンチュリースクラバーすなわち低温熱回収及び通常ガス洗浄の装置に供給してタービン用又は化学合成用の清浄な生成ガスを製造した。

上記条件下での操作時に、煙管ボイラーは３７時間操作で操作不能なまでに閉塞した。閉塞物はフライアッシュ粒（粒径≦５マイクロメートル）が互いに積み重なって流れを制限する大きな沈積物を形成したものであった。

実施例６本実施例は、図１に示す二段ガス化器における燃やされていない第二段反応器４の操作が非汚染性の合成ガスを製造し、従って煙管ボイラー操作を支援することを示すものである。

水４９．５パーセント及び元素分析値が実施例５と同様なワイオミング亜歴青炭５０゜５パーセントを１２９０リットル／分（３４０，２ガロン／分）の割合で、固形分ｋｇ当たり１、１２ｋｇの酸素と共に実施例５と同じ水平な随伴流の燃やされている生成反応器に供給した。この反応器は１．４００８Ｃ（２６１７° Ｆ）及びゲージ圧約２３６５　ｋＰａ　（３４３ｐｓｉｇ）で操作され、−酸化炭素２９．４パーセント、メタン１．９パーセント、二酸化炭素２８．１パーセント、水素３８８パーセント、窒素１８パーセントの合成ガスをｉｉ、　ｏ。

Ｏｋｇ／時（２４４，９００ボンド／時）の割合で製造した。１２５リットル／分（３３ガロン／分）の割合で燃やされていない第二段反応器４に注入されるスラリー流により、このガス流を急冷した。このスラリーも水４６．９％とワイオミング亜歴青炭５３．１％のスラリーであった。この生成ガスを更に水で急冷したあと、大口径管状反応器を経由して９５５℃（７５１″Ｆ）　、表面管速３９メートル／秒（１２７フィート／秒）で煙管ボイラーに通した。次に、ボイラーを出たガスはベンチュリスクラバーすなわち低温熱回収及び通常ガス洗浄の装置に進行して清浄な合成ガスを製造した。

このガスは、数百時間の操作後でも煙管ボイラーを閉塞しなかった。

実施例７本実施例は、燃やされていない第二段反応器を用いて、燃焼反応器３がらの生成ガスを急冷して生成ガス含量を高め、かつ、煙管ボイラーの汚染を防止することの有効性を説明する。

水５２．１パーセント及び実施例５と同一分析値のワイオミング亜歴青炭４７，９パーセントのスラリーを固形分ｋｇ当たり１．１４ｋｇの酸素と共に１４００リットル／分（３７３ガロン／分）の割合で随伴流水平式の燃やされているスラグ生成反応器に供給した。このガス化器は１３００℃（２４６７℃）及びゲージ圧２７６０　ｋＰａ　（４００ｐｓｉｇ）で操作され、−酸化炭素２８パーセント、メタン１．３パーセント、二酸化炭素３０パーセント、水素４０パーセント及び窒素２パーセント（乾燥モルパーセント）の合成ガスを１２１．０００　ｋｇ／時（２６６、１００ボンド／時）の割合で製造した。この生成ガスを燃やされていない第二段反応器４に通し、水４９パーセントと前記のものと同様な分析値のワイオミング亜歴青炭５１パーセントとのスラリーを２０５リットル／分の割合で注入して９２５°Ｃ（１７００°Ｃ）まで急冷した。次に、急冷されたガスを３３．０メ一トル／秒（１０８，３６フィート／秒）の表面管速度で煙管ボイラーに通したが、煙管ボイラーは汚染されなかった。

本発明の更なる面として、炭素貿材料粒スラリーと酸素含有ガスとを部分酸化させる装置であって、（ａ）両端が閉じ、がっ、中央長軸に実質的に整列して対面するバーナーを有し、前記の閉じた端部間の中央に配置される底部スラグタγブホール及び上方の生成ガスベントを備えた水平な円筒状の絶縁された燃やされているスラグ生成反応器、（ｂ）上方出口と広めの下方入口を有して、前記の上方ベントに整列し且つそれを取り囲む円錐台形の絶縁された部分である移行片部、及び（ｃ）前記の移行片部と密に連結し、かつ、前記の移行片部上方圧■コを取り囲んでそれに連通する下方入口、前記の燃やされている反応器からの生成ガスを急冷するための注入ノズル及び上方の生成ガス出口を有する垂直な円筒状の絶縁された燃やされていない第二段反応器を包含する装置を提供する。

本発明を説明する目的で、幾つかの代表的実施態様及びその詳細を示したが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種の変更並びに変法が可能なることは明らかであろう。

国際調査報告１ｍｅｕｗｌｉＩＭＩ　Ａｏｓｕｃ峰ｅｎ　陶９ｆＴ／て＋ｅ、Ｒ９１０ｒ５３６

Claims

【特許請求の範囲】

１．（ａ）酸素含有ガスと粒状炭素質材料の担体液中スラリーの第一増分とを含む流れを、燃やされている水平なスラグ生成反応器内で燃焼し、スラグ、ガス状生成物、並びに固着性スラグ粒、芳香族炭化水素化合物からの蒸気及びチャー粒から選択される随伴副生物を形成する工程；（ｂ）前記スラグを分離する工程；（ｃ）燃やされていない垂直の第二段反応器で、燃やされている水平反応器からの水蒸気、担体液の蒸気、チャー粒及び生成ガスと炭素質材斜粒の担体液中スラリーの第二増分とを８７０乃至１１００℃（１６００乃至２０００°Ｆ）の温度で接触させ、それにより該反応器で発生する熱の実質的部分を回収し、かつ、炭素質材料及び前記担体液を水蒸気、担体液からの水蒸気、合成ガス及びチャーに転化し、前記生成ガスに随伴される固着性スラグ粒を初期変形温度よりも低い温度に冷却してそしてチャ一粒上に吸収させて汚染を防止する工程；（ｄ）高温熱回収系で前記燃焼生成ガスの熱価値の別部分を回収し、それにより合成ガスを約２３０乃至約２９０℃（４５０乃至５５０°Ｆ）の温度まで冷却する工程を含む非触媒的二段上向流式の炭素材料のガス化方法。
２．（ｅ）固形分濃度２０乃至４０重量パーセントの液中懸濁体として前記工程（ｃ）を出るチャーを工程（ａ）に再循環させる工程をさらに包含する請求の範囲第１項の方法。
３．工程（ｅ）が、（ｅ１）チャーを合成ガスから分離する工程；（ｅ２）チャーを前記液と接触させてチャーの前記液中懸濁体を形成する工程及び（ｅ３）そのチャー懸濁体を前記の燃やされている反応器に再循環させる工程を更に包含する請求の範囲第２項の方法。
４．担体液が水である請求の範囲第１項の方法。
５．前記の固形分濃度が工程（ａ）及び工程（ｂ）の双方で３０乃至７０重量パーセントである請求の範囲第１項の方法。
６．酸素含有ガスが、空気、酸素富化空気又は酸素である請求の範囲第１項の方法。
７．酸素含有ガスが空気であり、かつ、反応器内における遊離の元素状酸素対炭素の初期原子比が１．５：１乃至２．５：１である請求の範囲第１項の方法。
８．前記の炭素質材料が石炭又は褐炭である請求の範囲第１項の方法。
９．前記の燃やされていない垂直な熱回収装置を前記の燃やされている水平な反応器の最上部に連結する請求の範囲第１項の方法。
１０．固形分含量が、工程（ａ）及び工程（ｂ）の双方において約４５乃至約６５重量パーセントである請求の範囲第５項の方法。
１１．粒状炭素質材料のスラリーを酸素含有ガスで部分酸化するための装置であって、（ａ）両端部が閉じ且つ前記の燃やされている反応器の中央長軸に実質的に整列して対面するバーナーを有し、前記の閉じた端部間の中央に配置される底部スラグタップホール及び上方の生成ガスベントを備えた水平な円筒状の絶縁された燃やされているスラグ生成反応器、（ｂ）上方出口と広目の下方入口を有して、前記上方ベントに整列し且つそれを取り囲む円錐台の絶縁された部分である移行片部及び（ｃ）前記の移行片部に密に連通し、かつ、前記の移行片分上方出口を取り囲んでそれに連通する下方入口、前記の燃やされている反応器からの生成ガスを急冷るための注入器ノズル及び上方の生成ガス出口を有する垂直な円筒状の絶縁された燃やされていない第二段反応器を含むことを特徴とする装置。