JPH0454493B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は炭素質材料のガス化に関し、特に、流
動床式ガス化装置からの灰を分離しかつ冷却する
ための方法に関する。

従来の技術 石炭のような炭素質材料をガス化するための反
応器では、凝集灰のような固形廃棄物だけでなく
可燃性の生成ガスも生成する。代表的な流動床式
ガス化装置では、石炭粒子はガスによつて高温の
ガス化装置内に圧送される。おそらくは清浄な再
循環生成ガスだけではなく、蒸気、粒子の形の石
炭及び、空気又は純粋な酸素のような酸素のガス
源もノズルで注入される。この方法により石炭粒
子がノズルの上方の床の中で流動化する。さら
に、石炭及び酸素を高温ガス化装置内に注入する
ことにより、石炭の一部が燃焼し、それにより生
じた熱がガス化装置内の温度を保つ。燃焼しなか
つた石炭粒子が加熱されると、脱蔵と呼ばれる石
炭中の揮発分の急激な蒸発がおこる。容器内の平
均温度は871℃〜1093℃以上になり、この温度に
より、タール及びオイル等の脱蔵生成物が分離し
てガス化され、それによつてメタン、一酸化炭素
及び水素が生じる。石炭の加熱が続くと、脱蔵が
終つて石炭の粒子は、非ガス化炭素に富んだ小片
すなわちチヤー（char）になる。このチヤーが
流動床全体を循環するにつれてチヤー中の炭素は
燃焼及びガス化により次第に消費され、灰分の高
い粒子が残る。これらの灰分の豊富な粒子は、
538℃〜1093℃の温度で溶ける無機化合物及び共
融混合物を含有し、これらのものは代表的には
Ｓ、Fe、Na、Al、Ｋ、Siのうちのいづれかの、
又はこれら全ての化合物から成り、かかる化合物
は代表的には炭素化合物より密度が大きい。粒子
中のこれらの液相化合物は気孔を通つて粒子の表
面に追い出され、粒子はささる液相化合物により
表面で互いにくつついて凝集物になる。このよう
に、流動床中のチヤーの粒子よりサイズが大きく
かつ密度の大きな灰凝集物が形成される。これら
灰凝集物の密度及びサイズが大きくなると、流動
床はこれらを維持することができず灰凝集物は流
動性を失なう。そこで、これらの灰凝集物を容器
から取出すことが必要である。

発明が解決しようとする問題点 燃焼、ガス化及び灰凝集のこのプロセスは、特
に迅速な又は完全なプロセスであるとはいえな
い。代表的には、ガス化容器内に圧入された石炭
粒子はかなりの速度でノズルの出口のところで移
動している。これらの粒子は燃焼炎をすみやかに
通過し、無機化合物及び共融混合物の融解に先立
つて一部が燃焼してガス化されるだけである。し
たがつて、これらの粒子を、燃焼の行なわれてい
る帯域に戻すことが望ましい。再循環の一つの方
法では粒子全部を生成ガスで同伴して排出し、ガ
ス化容器の外部に設けた装置で生成ガスと粒子と
を分離し、次にこれらの粒子を容器内に戻す。し
かし、これは再循環の方法として特に有効的であ
るとはいえない。

再循環のもつと効率的な方法は内部循環方法で
あり、この方法によつて粒子をガス化容器から出
さないで燃焼帯域に戻す。この方法の一つの例で
は、ガス分配出口をもつ耐火煉瓦組立体によりガ
スをガス化容器内に分配する必要がある。この構
成はいくつかの理由により不適切なものである。

ガスは耐火煉瓦中の微小な亀裂や裂け目を通つ
てガス分配出口をバイパスし、それによりガスの
分配が不均一になる。耐火煉瓦の性質を考慮する
と耐火煉瓦に蒸気分配出口を適切な寸法に作るこ
とは難しく、その結果、固形物は出口に逆流す
る。さらに、ガスを容器の周囲に導入するだけで
は固形物は必ずしも再循環しない。

かくして、本発明の主な目的は流動床式ガスか
装置内で一定のパターンの固形物の再循環を助長
し、かつ製作及び据付けの容易な、内蔵型で閉塞
しにくい固形物再循環装置及び方法を提供するこ
とにある。

本発明のもう一つの目的は、灰の取出しに先立
つて冷却してガス化装置の内部表面の汚れを最小
にし、かつ流動床の動力学を変化しないように冷
却を達成する灰分離手段を提供することにある。

問題点を解決するための手段 これらの目的を考慮して本発明は、第１の直径
の上方部分と、第２の直径の下方部分と、これら
上方部分及び下方部分の間に設けられた移行部分
とを持つ垂直に配置された細長い容器を有し、前
記第１の直径は前記第２の直径よりも大きく、さ
らに全体に水平にかつ前記容器内に設けられた管
状マニホルドと、前記容器を貫通しかつ前記マニ
ホルドと流体連通関係に接続されたガス供給手段
と、前記容器の前記下方部分内に配置されかつ上
に向けられたノズル出口をもつノズルとを有す
る、炭素質材料のガス化装置において、前記管状
マニホルドは、各々入口及び出口をもつ複数本の
管を有し、前記入口は前記マニホルドに流体連通
関係に取付けられかつ前記マニホルドのまわりに
分布しており、前記出口は前記容器の内部に向い
且つ前記ノズル出口に向かつてかつ前記移行部分
に隣接して下方に向けられており、前記移行部分
は水平面から65゜〜75゜の下向きの勾配をもつこと
を特徴とするガス化装置にある。

本発明は添付の図面で例示としてのみ示す好ま
しい実施例の以下の説明から容易に明らかになろ
う。

実施例 第１図を参照すると、全体的に細長い容器１２
を有する流動床式ガス化装置１０が示されてお
り、前記容器１２の底部をノズル１４が貫通し、
このノズル１４は容器１２内を上方に延びてい
る。生成ガス出口１６が容器１２の頂部を貫通し
ている。容器１２は３つの主要な領域、すなわ
ち、(1)容器１２の最も上の部分あり、かつノズル
１４の頂部につくられた燃焼炎１５のほぼ先端ま
で下方に延びた流動床領域１８と、(2)流動床領域
１８の下方にありかつノズル１４の頂部の上方に
ある燃焼領域１９と、(3)ノズル１４の頂部から下
方に延びた環状領域２２と、を有している。ま
た、チヤー粒子の粒れパターン２０及び凝集灰の
流れパターン２１が図示されている。チヤー粒子
はノズル１４から上方に流れ炎１５を通つて流動
床領域１８に入り、この領域を循環し、燃焼領域
１９を下方に通つて環状領域２２内に入るのが分
かる。環状領域２２内でチヤーと灰とが分離さ
れ、チヤーは上方に再循環し、灰は流動性を失つ
て下方に落ちる。

次に第２図を参照すると、容器１２の環状領域
２２が示されているのが分かる。容器１２は内部
が耐火セラミツクのような耐熱性断熱材料２３で
内張りされるのが良い。先行技術によれば、孔７
がノズル１４の頂部の高さよりも上の位置で、容
器の直径の移行部分２６に設けられている。孔７
は特別につくられた耐火煉瓦２５を配置すること
によつて形成されている。これらの煉瓦２５は、
同一の煉瓦２５に合わせたとき移行部分２６を囲
むリング状の孔を構成するくぼみ領域を有してい
る。耐火セラミツク煉瓦２５の性質のために、こ
の孔７を気密にすることは難しく不可能に近い。
その結果、容器１２の外部からこの孔７内に導び
かれたガスは不規則なパターンで容器１２に漏れ
込む。

床板２８が環状領域２２の底に位置決めされて
いる。ガス、代表的には清浄な再循環生成ガスが
入口３０から、床板２８の下に設けた床ガスプレ
ナム３１に注入される。床ガスプレナム３１の下
には灰プレナム３２がある。

これに対し、第３図を見ると、本発明によるガ
ス注入グリツド２４が示されいてる。このグリツ
ド２４は代表的には金属でつくられ、容器１２内
へのガス注入を特に希望する個所を除き、漏れが
生じないようになされている。移行部分２６は一
般的に勾配が急である。理想的には、この移行部
分の勾配は流動性を失つた粒子の内部摩擦に打ち
勝つほど急であるべきである。この角度は水平か
ら65゜〜75゜の勾配をもつのが好ましく、流動性を
失つたチヤーと灰の乾燥粒子は積もらないで絶え
ず移行部分を転がり落ちる。

第３図を−線からみた第４図は、グリツド
２４の平面図を示す。グリツドガス供給手段３４
が容器１２に貫入して耐火セラミツク２３を貫通
しており、グリツドマニホルド３６に連通可能に
取り付けられている。グリツドマニホルド３６は
セラミツク中に埋設されてもよく、或いは容器１
２に取り付けられてもよい。いづれの場合でも、
グリツドマニホルドは容器１２の環状領域２２を
取り囲む。一連のグリツド管３８がグリツドマニ
ホルド３６のまわりに間隔をおきかつこのマニホ
ルド３６に連通可能に取り付けられている。作動
中、蒸気又は清浄な再循環生成ガスのグリツドガ
スがグリツドガス供給手段３４を通つてグリツド
マニホルド３６に流入し、グリツド管３８を通つ
て容器１２の環状領域２２に流入する。

グリツド管３８は水平から容器１２内に、好ま
しくはノズル１４の頂部に向かつて下向きに設け
られている。この下向きの角度を、注入ガス流の
円錐状の広がりによる移行部分２６の蒸気の分断
を阻止するように注入ガス流の中心線と移行部分
２６の勾配とのなす角度が7゜よりも大きくなるよ
うにすべきである。先行技術と比較して本発明の
１つの特定の利点は、先行技術ではガスを移行部
分２６に隣接した領域に注入しただけであるのに
対して本発明ではガス、それ故灰及びチヤー粒子
をノズル１４の頂部に差し向けていることであ
る。さらに本発明で、移行部分２６の吹き流し作
用をもたらす。

第４図の−線における第５図を見ると、グ
リツド２４はグリツドマニホルド３６及びグリツ
ド入口３８を示す断面図で示されている。

ガスを流動床に注入すると、ガスを液体に注入
するのと同様に流動床中に空所、すなわち気泡が
生じることが分つた。また、ガスを多数の均等に
分布された水平位置から垂直の流動床に注入する
と、気泡の境界の破壊により大きな気泡が壊れ、
それにより流動床の全体的な動力学の変化を最小
にする。そのために、グリツド２４は灰環状領域
のまわりに均等に設けられており、したがつてグ
リツド２４により注入されたガスを、容器１２の
床板２８から浮かび上がる大きな気泡に働かせそ
れによりこれらの大きな気泡を破壊する。

本装置は以下のように作動する。第１図を参照
すると、種々のプロセス媒体をノズル１４でガス
化装置の容器１２に注入する。石炭粒子の一部が
燃焼して本プロセスに必要な高温をつくる。残り
の石炭粒子は加熱された流動床領域１８の流動床
中に流動化される。石炭はガス化されて凝集灰の
粒子を残すので、チヤーよりも密度が高くかつ粒
子サイズの大きな灰は次第に流動性を失なう。

次に第３図を参照すると、凝集灰は、床板２８
に直接落ちるのではなく、流動性を失なつて環状
領域２２に入つてゆくので、灰は次第に流動性を
失なう。というのは、床板２８を通つて容器１２
に注入された再環状ガス及びグリツド２４から容
器１２に注入された蒸気又は再循環生成ガスが流
動化の力をもたらし重力に逆らうからである。流
動化ガスのこの流れにより重くかつ大きな灰凝集
物の流動性を次第に失なわせることができる（し
たがつて、灰凝集物は速度0.3048〜0.6096ｍ／分
（１〜２フイート／分）で落下する）が、軽いチ
ヤー粒子を力強く流動化させることができ、それ
によつてこれらのチヤー粒子を重い灰粒子から分
離する。これらの分離したチヤー粒子を環状領域
２２から燃焼領域１９そして流動床領域１８まで
上方に運び、この流動床領域でチヤーに含まれて
いる炭素をさらに消費する。かくして、流動化の
流れは灰凝集物の下降を遅くするのに役立つとと
もに、一層のガス化のためにチヤーを流動床領域
１８まで戻すのに役立つ。

また、流動性を失なわせる環状領域２２中で費
される時間が長くなることにより灰は、流動床の
温度から冷えるための機会を得る。代表的には38
℃〜371℃の温度で注入された再循環ガス及び代
表的には100℃〜482℃の温度で注入された蒸気
は、灰を、流動床から出るときの871℃以上の温
度から、排出されるときの38℃〜427℃の温度範
囲まで冷却する。結局、灰は床板２８を通過して
灰排出プレナム３２に至り、このプレナム３２か
ら灰を例えば、大径管及びロツクホツパでさらに
処分することができる。

第６図を見るとグリツド２４のさらに幾つかの
利点が示されている。ガス化容器１２内にはノズ
ル１４のほぼ頂部の高さにかつ炎１５のすぐ下
に、ノズル１４からのプロセス媒体の注入により
生じた低圧領域５０があることが分かる。この低
圧領域５０はチヤーを流動化させて炎１５の中に
戻すのを助長する。理解できるように、凝集灰と
チヤーの粒子の両方は炎１５から容器１２の中心
にある炎１５から上方に流れ容器１２の壁に沿つ
て下方に流れる。次に第７図を参照すると、移行
部分２６はスラグ５２で覆われていることが分か
る。グリツド２４から注入されるガスがないと、
容器１２の壁に沿つて垂直下方に移動している溶
融粒子は移行部分２６の容器１２又はスラグにく
つつく。非常に短い時間でスラグが増大し、つい
には中心がノズル１４と一致した円錐体を形成す
る。もし円錐体の増大をそのままにしておけば、
円錐体はついにはノズル１４と出会い、灰をそれ
以上排出することができない。この問題を第８図
に示すように、容器の上方部分を下方に延長させ
移行部分をなくすことによるだけで解決できれば
よいが実際にはできない。この方法の欠点は、粒
子の再循環路２０，２１を異なるものにするよう
にチヤーと灰との分離を依然として行なわなけれ
ばならないことにある。もし循環領域の直径を広
げれば、環状領域２２のものと同一の流動化速度
を得るためには大量のガスを必要とする。再び第
３図を参照すると、たとえ移行部分２６の傾斜が
急であつたとしても、流動床からの溶融粒子は移
行部分２６の耐火セラミツク２３に衝突してこれ
にくつつくという可能性がある。ガスをグリツド
２４から下向きに吹き流すことにより、溶融粒子
を冷却しかつ流動化させ、それによつて粒子は移
行部分２６を容易に滑り落ちる。

グリツド２４についてもう一つの利点がある。
グリツドガスとして蒸気を利用することにより
種々のその他のプロセス媒体の投入量を変えない
で炎１５の温度、それ故流動領域１８の温度を下
げたり、或いは調節することができる。したがつ
てグリツド２４は据付けの温度調節手段となる。

グリツド２４は幾つかの機能を備えている。第
１に、グリツド２４はチヤーを再循環させて燃焼
領域１９に戻すのを助長する。第２に、グリツド
２４は容器１２の壁の付近で流動性を失つている
凝集灰を冷却させかくしてスラグ化を減らす。第
３に、グリツド２４はノズル１４の頂部の付近の
移行部分２６内のガスを流動化させ、かくしてチ
ヤーと灰との分離を助長する。第４に、グリツド
２４は気泡を環状領域２２にわたつて均一に発生
させてスラグ化を阻止するための機構をつくる。
第５に、グリツド２４は炎１５の温度調節をもた
らす。

灰が環状領域２２を通り灰プレナム３２を通過
した後にガス化装置１０からの灰の取出しは代表
的には容器１２からガスをあまり損失させないで
行なわれることは注目されるべきである。これは
一般的には、例えば、先行技術でよく知られてお
り、幾つかの目的に適したロツクホツパ弁を使用
することにより達成される。第１の目的は明らか
に有益な生成ガスの損失を防ぐことにある。第２
の、環状領域２２中のガスの全体的な流れが上向
きになり、したがつて流動床からの凝集灰の流動
性の損失を遅くして凝集灰を冷却させるようにす
ることにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動床式ガス化装置の断面立面図であ
る。第２図はガス化装置の環状部分の断面立面図
であり先行技術のガス注入孔を示す図である。第
３図は本発明によるガス注入グリツドを示す、ガ
ス化装置の環状部分の断面立面図である。第４図
は第３図の−におけるガス注入グリツドの平
面図である。第５図は第４図の−線における
ガス注入グリツドの部分断面立面図である。第６
図は第１図のものと同様なガス化装置の断面立面
図である。第７図は第１図に示すものと同様なガ
ス化装置の断面立面図である。第８図は第１図に
示すものと同様なガス化装置の断面立面図であ
る。 （主な参照番号）、１０……ガス化装置、１２
……容器、１４……ノズル、２４……ガス注入グ
リツド、３４……ガス供給手段、３６……マニホ
ルド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の直径の上方部分と、第２の直径の下方
   部分と、これら上方部分及び下方部分の間に設け
   られた移行部分とを持つ垂直に配置された細長い
   容器を有し、前記第１の直径は前記第２の直径よ
   りも大きく、さらに全体に水平にかつ前記容器内
   に設けられた管状マニホルドと、前記容器を貫通
   しかつ前記マニホルドと流体連通関係に接続され
   たガス供給手段と、前記容器の前記下方部分内に
   配置されかつ上に向けられたノズル出口をもつノ
   ズルとを有する、炭素質材料のガス化装置におい
   て、前記管状マニホルドは、各々入口及び出口を
   もつ複数本の管を有し、前記入口は前記マニホル
   ドに流体連通関係に取付けられかつ前記マニホル
   ドのまわりに分布しており、前記出口は前記容器
   の内部に向い且つ前記ノズル出口に向かつてかつ
   前記移行部分に隣接して下方に差し向けられてお
   り、前記移行部分は水平面から65゜〜75゜の下向き
   の勾配をもつことを特徴とするガス化装置。 ２ 前記管の出口は前記移行部分の勾配よりも7゜
   以上大きな角度で向けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のガス化装置。 ３ 前記炭素質材料の粒子を、第１の直径の上方
   部分、第２の直径の下方部分及びこれらの部分の
   間に設けられた移行部分をもつ垂直に配置された
   細長い容器に注入し、前記炭素質材料粒子を流動
   床で一部燃焼させてチヤー粒子及び凝集端粒子を
   つくり、前記チヤー粒子及び凝集灰粒子を循環さ
   せ、前記チヤー粒子及び前記凝集灰流しを流動性
   を失なわせて前記移行部分に沿つて下方に移動さ
   せて、炭素質材料の粒子から有益な生成ガス、凝
   集灰粒子及びチヤー粒子をつくる方法において、
   さらに、冷却兼流動化ガスを前記移行部分の付近
   の前記容器内に、前記移行部分の勾配よりも7゜以
   上の角度で下方に注入することを特徴とする方
   法。 ４ 前記冷却兼流動化ガスは蒸気又は前記生成ガ
   スであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の方法。 ５ 前記蒸気の温度は100℃〜482℃であることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 前記生成ガスの温度は38℃〜427℃であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方
   法。