JPH0521958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭や劣質油をガス化すると共に、
石炭灰や劣質油灰は、ガス化時の熱で溶融スラグ
化して炉外に排出できるようにした多段噴流床式
ガス化炉に関するものである。

近年、原油の逼迫から、アスフアルト等の精油
工程で生成する劣質油を発電用燃料として利用す
ることが検討されている。

しかし、これら劣質油中には、多量のバナジウ
ム分やアルカリ金属分が含まれているのが通常
で、これ等の金属は燃焼後、低溶融点の酸化化合
物を生成し、ボイラの過熱器部を浸蝕する。この
為ボイラで発生する蒸気温度が制限される。従つ
てプラント熱効率が現状の重油だきプラントより
低くなる可能性がある。

劣質油をガス化し、その過程で前記金属分を除
去すればこの問題は解消される。

一方これも石油事情の逼迫から石炭のガス化炉
が目下開発されつゝある。そこで石炭ガス化炉で
劣質油のガス化が出来れば一挙両得である。

しかし、この場合は下記に述べる如き不具合を
生じる。

すなわち従来使用されている２段噴流床式石炭
ガス化炉は第１図の縦断面図および第２図の横断
面図に示すように、第１段ガス化炉１０１と第２
段ガス化炉１０２とからなり、これらは耐火耐熱
材１０４で作られていて、周囲を水冷ジヤケツト
１０５により冷却されている。２点鎖線１０７は
第１段と第２段の境界を示す。

石炭貯槽１２１に貯えられたガス化原料の微粉
状の石炭１４１は酸化剤用の空気１５１から第１
の通風機１２２を介して１部分岐された搬送用の
空気１５２と石炭・空気混合器１２３で混合さ
れ、石炭・空気混合流体１６１となり、その約2/
３の石炭・空気混合流体１６２は、石炭噴出ノズ
ル１１１ａから第２段ガス化炉１０２へ投入さ
れ、残りの石炭・空気混合流体１６３は、石炭・
チヤ噴出ノズル１１２ａから第１段ガス化炉１０
１へ投入される。

一方、酸化剤用の空気１５１の残りの空気１５
３は第１段ガス化炉１０１へ噴出される。なお、
第１段ガス化炉１０１へは第２段ガス化炉１０２
出口のチヤ捕集器１３２で捕集されたチヤ（未ガ
ス化石炭分）１４２も第２の通風機１３３から送
られた空気１５１とチヤ空気混合器１３４で混合
されてチヤ空気混合流体１７１となり、さらに石
炭・チヤ・空気混合流体１８１となつてノズル１
１２ａから第１段ガス化炉１０１へ吹き込まれ
る。

第１段ガス化炉１０１において、石炭・チヤは
酸化剤の空気１５３と反応し、その一部が燃焼し
て、石炭・チヤ中の灰分（スラグ）を溶融するに
十分な温度に炉を保持する。

第１段ガス化炉１０１内の高温の気流１９１は
第２段ガス化炉１０２に至る。従つて第２段ガス
化炉１０２に吹き込まれた石炭・空気混合流体１
６３は高温の上記気流１９１と接触し、石炭中の
揮発分がまず蒸発、熱分解し、ついで残りの炭素
(C)が気流１９１中のCO₂分と Ｃ＋CO₂→2CO のガス化反応をして高温気流１９２の中でガス化
する。

この第２段ガス化炉１０２からの生成ガス１９
３はガス冷却器１３１により冷却される。未反応
の石炭分（供給炭の約30％）はチヤ捕集器１３２
にて生成ガスより分離捕集され、第１段ガス化炉
１０１へ再循環される。チヤ１４２を除去された
ガスは製品粗ガス１９４として後続ユニツトへ送
られる。

他方、石炭中のガス化出来ない灰分は第１段ガ
ス化炉１０１において、溶融分離され、溶融スラ
グ１９５となり、スラグ排出口１１３よりスラグ
捕集槽１０３へ排出される。

第１段ガス化炉１０１では石炭１４１、チヤ１
４２中の灰分を捕集する必要から、石炭・チヤ噴
出ノズル１１２ａを第２図に示す如く、気流１９
１が炉１０１内で旋回する如く配置し、遠心力に
よつて灰分を炉壁に付着させ分離する。

この様なガス化炉において、ガス化が成立する
為には、投入される空気１５１の全量は石炭１４
１を反応当量より少ないことが必要で化学当量比
で0.4〜0.5程度に限定される。この為、第１段ガ
ス化炉１０１へ吹き込まれる空気１５２，１５３
の全量は該炉へ吹き込まれる石炭１４１、チヤ１
４２の全量に対する化学当量に対してなお少ない
量である。

前記の様なガス化炉は、石炭１４１を劣質油に
そのまゝ置き替えた場合、還元雰囲気下でできる
劣質油中のバナジウム分、ナトリウム分を主体と
する灰分の溶融温度は石炭灰の1300〜1400℃に比
べ、1600℃以上の高温（例えばV₂O₃（溶融温度
1970℃）、V₂O₄（1970℃））となり、溶融すること
ができないので第１段ガス化炉１０１での灰分の
分離、除去が不可能になるという欠点がある。

本発明は石炭及び劣質油いずれをもガス化で
き、ガス化できない灰分はスラグ状で取り出すこ
とができる多段噴流床式ガス化炉を提供すること
を目的としている。

この目的を達成するために、本発明において
は、劣質油から出る灰分の溶融温度は酸化雰囲気
下では高々700〜800℃の低温度である点に着目し
て、従来の２段噴流床式石炭ガス化炉の上流部に
もう１段酸化雰囲気下での補助燃焼炉を追加し
て、該燃焼炉で劣質油灰を溶融状態で取出し、ま
た、該燃焼炉で生成される高温のガスを用いて、
溶融石炭灰を取出すスラグタツプ部を加熱して石
炭溶融灰の温度と、灰の流動性とを高めるように
している。

本発明による多段噴流床式ガス化炉は、石炭／
重質油ガス化コンバインド発電ブラント、石炭／
重質油ガス化MHD発電プラント、石炭／重質油
ガス化燃料電池に適用できる。

以下第３図−第９図により本発明の実施例につ
いて説明する。

第３図は、本発明に係わる３段噴流床式石炭・
劣質油共用ガス化炉の第１の実施例の縦断面と供
給燃料酸化剤の概略系統図を劣質油を主として示
す。本実施例は従来の２段噴流床式石炭ガス化炉
に、更に１段スラグタツプ式の補助燃焼炉２０６
を追加したものである。第４〜第６図に炉の各部
横断面を示す。

第１段ガス化炉２０１と第２段ガス化炉２０２
とは耐火耐熱材２０４により作られて、周囲を水
冷ジヤケツト２０５により冷却されている。さら
に第１段ガス化炉２０１の下方に耐火耐熱材で作
られた１段スラグタツプ式の補助燃焼炉２０６が
設置されている。

第２段ガス化炉２０２には石炭・空気流体２６
１，２６２が噴出される石炭噴出ノズル２１１ａ
と、第１の劣質油噴射器２１５を備えた第１の劣
質油噴射ノズル２１１ｂとが設けられており、第
１段ガス化炉２０１には石炭・チヤ・空気混合流
体２８１が噴出される石炭チヤ噴出ノズル２１２
ａと、第２の劣質油噴射器２１６を備えた第２の
劣質油噴出ノズル２１２ｂとが設けられている。

補助燃焼炉２０６にはチヤ・劣質油混合流体噴
射器２１７を備えた補助燃焼炉空気ノズル２１８
が設けられている。

石炭貯槽２２１に貯えられた石炭２４１をガス
化する場合は、従来の２段噴流床式石炭ガス化炉
と全く同様の操作が行なわれ、第１段ガス化炉２
０１と第２段ガス化炉２０２が使用される。この
場合補助燃焼炉２０６は単なる石炭灰溶融スラグ
２９５ａの通路として使用される。

すなわち微粉状の石炭２４１は酸化剤用の空気
２５１から第１の通風機２２２を介して１部分岐
された搬送用の空気２５２と石炭・空気混合器２
２３で混合され、石炭・空気混合流体２６１とな
り、その約2/3の石炭・空気混合流体２６２は石
炭噴出ノズル２１１ａから第２段ガス化炉２０２
へ投入され、残りの石炭・空気混合流体２６３
は、石炭・チヤ噴出ノズル２１２ａから第１段ガ
ス化炉２０１へ投入される。

一方、酸化剤用の空気２５１の残りの空気２５
３は第１段ガス化炉２０１へ空気流２５４となつ
て第２の劣質油噴出ノズル２１２ｂから噴出され
る。なお第１段ガス化炉２０１へは第２段ガス化
炉２０２の出口のチヤ捕集器２３２で捕集された
チヤ２４２も第２の通風機２３３から送られた空
気とチヤ空気混合器２３４で混合されてチヤ・空
気混合流体２７１となり、さらに石炭・チヤ・空
気混合流体２８１となつて第１段ガス化炉２０１
の石炭・チヤ噴出ノズル２１２ａから噴出され
る。

劣質油貯槽２２４に貯れられた劣質油２４３の
ガス化の場合も劣質油は劣質油ポンプにより送り
出され劣質油流２４４，２４５となり、第１段ガ
ス化炉２０１と第２段ガス化炉２０２における作
用は石炭２４１の場合と同じである。但しこの場
合、第１段ガス化炉２０１では劣質油灰のスラグ
捕集・溶融は行わない。従つて、第５図に図示す
る如く一対の第２の劣質油噴射ノズル２１２ｂの
向きは互いに第１段ガス化炉２０１の炉心に設置
してあり、同炉内の気流２９１は旋回しない様に
工夫されている。

従つて、第１段ガス化炉内の気流２９１および
第２段ガス化炉内の気流２９２は何れも従来のガ
ス化炉内の気流１９１および１９２と同様に作用
し、生成ガス２９３はガス冷却器２３１により冷
却されて、その未反応の分はチヤ捕集器２３２に
は捕集され、補助燃焼炉２０６へ再循環される。

補助燃焼炉２０６には、チヤ捕集器２３２で捕
集されたチヤ２４２（劣質油全供給量の数％）と
劣質油２４６とがチヤ・劣質油混合器２３５にお
いて混合されてチヤ・劣質油混合流体２７２とな
り、チヤ・劣質油混合流体噴射器２１７を介して
空気２５５とともに供給される。

この量は全劣質油２４３の供給量にくらべて極
めて少量である為、空気比1.0前後でチヤ・劣質
油混合流体２７２を完全燃焼させた上で、生成ガ
スを第１段ガス化炉２０１へ投入しても本ガス化
炉のガス化効率への影響は無視できる。

ところで、劣質油２４３に含まれるバナジウム
分、ナトリウム分は酸化雰囲気下の燃焼において
は、低溶融温度の例えばV₂O₅（675℃）、Na₂SO₄
（880℃）、あるいはそれらの化合物Na₂O・
V₂O₄・5V₂O₅（625℃）等を生成する。

一方、空気比1.0前後でチヤ・劣質油混合流体
２７２の理論燃焼温度は2000℃前後であるから補
助燃焼炉２０６の温度は容易に劣質油灰を溶融温
度まで高めることができる。従つて、第６図に図
示する如くチヤ・劣質油混合流体噴射器２１７を
介して補助燃焼炉２０６内の気流２９６に旋回を
与え、劣質灰を上記炉２０６内で遠心分離すれば
劣質灰は容易に捕集され、劣質油溶融スラグ２９
５ｂとして、第２のスラグ排出口２４１からスラ
グ捕集槽２０３へ排出できる。

また、灰溶融温度の高い石炭２４１をガス化す
る場合、石炭灰溶融スラグ２９５ａは第１のスラ
グ排出口２１３で固化する傾向を持つている。

従つて、この場合補助燃焼炉２０６で劣質油な
いしは灰分を含まない良質の液燃料とガス燃料と
を補助的に燃やし、発生する高温のガスで第１の
スラグ排出口２１３部を加熱し、石炭灰溶融スラ
グ２９５ａの流動性を高めることにより、ガス化
炉は支障なく運転できる。

かくして、本ガス化炉によれば石炭と劣質油の
ガス化が容易に行なえ、残りの灰分はスラグ状で
取り出すことができガス化炉の後流部に灰が付着
する等の問題を持ち込むことを防止できる。

なお、上記実施例ではガス化炉を２段、補助燃
焼炉を１段に配設した例であつたが、必要に応じ
て上記各炉を多段に増設しても良い。

第２の実施例は前記第１の実施例における縦形
補助燃焼炉２０６を横形サイクロン式補助燃焼炉
３０６に置きかえたものである。本実施例の要部
縦断面および横断面を第７〜９図に示す。図中の
符号３０１〜３９６は、前記実施例を示す第３〜
６図中の符号２０１〜２９６に対応し、説明を省
略する。

チヤ・劣質油混合流体３７２は、第７〜８図に
図示の如く補助燃焼炉３０６の内筒の接線方向に
噴出され、空気３５５と激しく混合しながら高温
燃焼する。この時同炉３０６内にできる旋回気流
３９６により、灰分は遠心分離され炉壁へ付着し
炎からの熱を受けて溶融し、溶融スラグ３９５ｂ
となり、第２のスラグ排出口３１４から図示省略
のスラグ捕集槽３０３へ排出される。

石炭ガス化時は、劣質油は補助燃焼炉３０６の
みに送られ、発生する高温ガスは第１のスラグ排
出口３１３を経て第１段ガス化炉３０１へ至る。
この間石炭灰溶融スラグ３９５ａを加熱し、その
流動性を高めて同石炭灰溶融スラグ３９５ａは、
スラグ捕集槽３０３へ排出できるので、ガス化炉
の後流部に灰分などが付着することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２段噴流床式石炭ガス化炉の縦
断面図と供給燃料酸化剤（空気の場合）の概略系
統図、第２図は第１図の第１段ガス化炉の横断面
図、第３図は本発明による３段噴流式石炭・劣質
油共用ガス化炉の第１の実施例の縦断面図と供給
燃料酸化剤の概略系統図、第４図〜第６図はそれ
ぞれ第３図の−線、−線、−線に沿
う断面図、第７図は本発明による３段噴流式石
炭・劣質油共用ガス化炉の第２の実施例の補助燃
焼炉の縦断面図、第８図および第９図は第７図の
−線に沿う側断面図および−線に沿
う側断面図である。 １０１……第１段ガス化炉、１０２……第２段
ガス化炉、１０３……スラグ捕集槽、１０４……
耐火断熱材、１０５……水冷ジヤケツト、１０７
……第１炉と第２炉の境界、１１１ａ……石炭噴
出ノズル、１１２ａ……石炭チヤ噴出ノズル、１
１３……スラグ排出口、１２１……石炭貯槽、１
２２……第１の通風機、１２３……石炭・空気混
合器、１３１……ガス冷却器、１３２……チヤ捕
集器、１３３……第２の通風機、１３４……チヤ
空気混合器、１４１……石炭、１４２……チヤ、
１５１−１５３……空気、１６１−１６３……石
炭・空気混合流体、１７１……チヤ・空気混合流
体、１８１……石炭・チヤ・空気混合流体、１９
１……第１段ガス化炉の気流、１９２……第２段
ガス化炉内の気流、１９３……生成ガス、１９４
……製品粗ガス、１９５……溶融スラグ、２０１
……第１段ガス化炉、２０２……第２段ガス化
炉、２０３……スラグ捕集槽、２０４……耐火断
熱材、２０５……水冷ジヤケツト、２０６……補
助燃焼炉、２０７……第１炉と第２炉の境界、２
０８……第２炉と第３炉の境界、２１１ａ……石
炭噴出ノズル、２１１ｂ……第１の劣質油噴出ノ
ズル、２１２ａ……石炭・チヤ噴出ノズル、２１
２ｂ……第２の劣質油噴出ノズル、２１３……第
１のスラグ排出口、２１４……第２のスラグ排出
口、２１５……第１の劣質油噴射器、２１６……
第２の劣質噴射器、２１７……チヤ・劣質油混合
流体噴射器、２１８……補助燃料炉空気ノズル、
２２１……石炭貯槽、２２２……第１の通風器、
２２３……石炭・空気混合器、２２４……劣質油
貯槽、２２５……劣質油ポンプ、２３１……ガス
冷却器、２３２……チヤ捕集器、２３３……第２
の通風機、２３４……チヤ・空気混合器、２３５
……チヤ・劣質油混合器、２１４……石炭、２４
２……チヤ、２４３−２４６……劣質油、２５１
−２５５……空気、２６１−２６３……石炭・空
気混合流体、２７１……チヤ・空気混合流体、２
７２……チヤ・劣質油混合流体、２８１……石
炭・チヤ・空気混合流体、２９１……第１段ガス
化炉内の気流、２９２……第２段ガス化炉内の気
流、２９３，２９４……生成ガス、２９５ａ……
石炭灰溶融スラグ、２９５ｂ……劣質油溶融スラ
グ、２９６ｂ……補助燃焼炉内の気流、３０１…
…第１段ガス化炉、３０４……耐火断熱材、３０
５……水冷ジヤケツト、３０６……補助燃焼炉、
３１３……第１のスラグ排出口、３１４……第２
のスラグ排出口、３１７……チヤ・劣質油混合流
体噴射器、３１８……補助燃焼炉空気ノズル、３
５５……空気、３９５ａ……石炭灰溶融スラグ、
３９５ｂ……劣質溶融スラグ、３９６……補助燃
焼炉内の気流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 石炭・空気混合流体を噴出する石炭噴出ノズ
   ルと劣質油および空気を噴出する第１の劣質油噴
   出ノズルとを備え石炭または劣質油を浮遊ガス化
   する後段ガス化炉と、石炭・チヤ・空気混合流体
   を噴出する石炭・チヤ・噴出ノズルと劣質油およ
   び空気を噴出する第２の劣質油噴出ノズルとを備
   え前記後段ガス化炉の前段で前記石炭をスラグタ
   ツプガス化しまたは前記劣質油を浮遊ガス化する
   前段ガス化炉と、チヤ・劣質油混合流体および空
   気を噴出する空気ノズルを備え前記前段ガス化炉
   の前段で劣質油・チヤをスラグタツプガス化する
   補助燃焼炉とから構成されたことを特徴とする多
   段噴流床式ガス化炉。