JPH0631346B2

JPH0631346B2 - 鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運転法

Info

Publication number: JPH0631346B2
Application number: JP28059587A
Authority: JP
Inventors: 健朗佐藤; 幸平遠藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH01123894A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は溶鉄を用いた石炭のガス化方法に関する。

（従来の技術）溶融スラグ浴あるいは溶鉄中に石炭を吹き込みガス化す
る方法は1950年代にOtto Rummelが初めて試みて以来、
各国で開発が行われてきた。その経過は文献（徳田、エ
ネルギー資源、４（1983）、ｐ．455）に記されてい
る。鉄浴式石炭ガス化装置を長時間運転する場合、溶鉄
中に存在する鉄や炭素以外の元素（特にＳ）がカーボン
効率（（生成ガス中Ｃ／インプット石炭中Ｃ）×100と
定義）に影響することは上記の文献などにも記載されて
おり注目されていた事がわかる。しかしながら石炭中Ｐ
の影響についてはＳほどの関心が示されていなかった。
鉄浴式石炭ガス化操業に及ぼすＰの影響については住友
金属、vol 34，No.３，425ｐにおいて、ガス化反応に
は殆ど影響しないことが記述されている。

（発明が解決しようとする問題点）鉄浴式石炭ガス化の場合、石炭中カーボンの大部分は一
旦溶鉄中に溶解し、酸素は石炭中カーボンと反応してCO
を発生する。石炭中カーボンが溶鉄中に溶解するために
は、溶鉄中にもともと存在するＣ濃度が飽和に達してい
ないことが必要である。第１図に示すように、例えばFe
−C2元系鉄浴において1450℃で運転する場合、溶鉄中の
Ｃ飽和濃度は5.0％となる。この炭素飽和溶鉄中へ石炭
と酸素を吹き込んだ場合、酸素と直接反応する石炭を除
き石炭中カーボンは溶鉄中に溶解することが出来ず、煤
を発生して系外へ逸出し、カーボン効率は低くなる。こ
の状況では効率の高いガス化は期待できない。したがっ
て、溶鉄中のカーボン濃度は例えば２〜３％と飽和濃度
より低めで運転するのが通例となっている。

この時、Ｃ濃度の他に溶鉄中のＳ，ＰなどＣ溶解度に影
響する元素の濃度を考慮しなければならない。石炭中の
Ｓは炭種にもよるが0.2〜1.5重量％含まれており、ガス
化プロセスによっては多量の有害硫黄化合物を発生させ
るのでプロセスの優劣を評価する上で重要なポイントと
なる。鉄浴式石炭ガス化の場合、炉内で相当な脱硫がお
こなわれ、石炭からの硫黄は溶鉄中より発生する鉄ヒュ
ームと結合したりスラグ中のCaO等の成分と結合するの
で、溶鉄中へのＳ蓄積も防止できる。それに比べて、石
炭中のＰは表１に示されるように、炭種により異なるも
ののＳに比べれば著しく微量である。従ってこれまでは
鉄浴中へのＰの蓄積についてはほとんど考慮が払われて
いなかった。

本発明者は鉄浴式石炭ガス化について研究する中で、長
時間の操業を続けると鉄浴中にかなりの量のＰが蓄積
し、それに対応して前記文献の記載とは異なりカーボン
効率が低下することを知見した。すなわち、実際に第２
図に示す鉄浴式石炭ガス化炉において溶鉄量５ton、溶
鉄温度1400〜1450℃、石炭吹き込み量1.5〜3.0 ｔ／hr
でほぼ連続的に石炭、酸素吹き込み操業を行ったとこ
ろ、第３図上方に示す如く溶鉄中Ｐは時間経過と共に増
加した。また同時にカーボン効率の変化をＰ濃度に対し
てプロットすると、Ｐが高濃度の時はカーボン効率が低
くなった。即ち第３図下に示すように、Ｐ濃度が0.1％
を越す段階よりカーボン効率の悪化傾向が現れ始め、0.
15％を越すとカーボン効率の悪化が明瞭となることがわ
かる。従って、ガス化を効率的に行うためにはＰ濃度を
0.10％以下にコントロールする必要があることがわかっ
た。

第３図にはＰ濃度と同時に溶鉄中Ｓ濃度も記している
が、これは運転開始時に上昇したものの（始めの溶鉄中
のＳ濃度が低かった事による）あとは0.2〜0.4％の範囲
に入っている。これは前述の理由により、Ｓは系外に出
て行くため入出のバランスが取れていることによる。

Ｐの挙動の点で、この鉄浴式石炭ガス化と類似のプロセ
スとして製銑用溶鉱炉がある。溶鉱炉より出銑される溶
鉄はＣ＝５％、温度＝1500℃前後であり、鉄浴式石炭ガ
ス化とかなり近い組成、温度となっている。したがって
原料に含まれるＰは同一理由によりほとんど全てが溶鉄
中に入り、高炉ガスやスラグには移行しないとされてい
る。その結果生産される溶鉄中のＰ濃度は鉱石、石炭な
ど原料で決まり、0.1％程度となる。

しかしながら溶鉱炉と鉄浴式石炭ガス化とが大きく違う
点は、溶鉱炉においては溶鉄は適宜出銑されるのに対
し、鉄浴式石炭ガス化では鉄を生産するのが目的ではな
いので、溶鉄が置換されないことである。溶鉄中でＰを
除去するためには、溶鉄中に酸素や酸素化合物を投入し
てＰを酸化し、スラグ中のCaOなどと反応させ、例えば
４CaO・Ｐ_２Ｏ_５のような化合物として溶鉄より除去し
なければならない。しかるに溶鉄中にはＣが当然存在
し、Ｐと同様に酸素と反応し、COを生成する。したがっ
てガス化操業上Ｃ濃度を一定に保つ条件下ではＰ濃度を
低下させることはできない。このため石炭中のＰは溶鉄
中に次第に蓄積されて濃度を高めるのである。このよう
にＰとＳとは石炭の溶鉄への溶解に影響する点では同一
であるが、溶鉄中での蓄積の面では挙動が異なってい
る。

したがって原料石炭中のＰはたとえ微量であっても炉内
に蓄積され、脱燐しないで連続運転した場合数日後には
１％程度の溶鉄中Ｐ濃度となる可能性があり、そ石炭中
カーボンの溶解を妨げ、ガス化効率を悪化させることに
なるものと推測される。

本発明の目的は、鉄浴式石炭ガス化方法において長時間
連続操業を行ってもガス化効率が低下しない方法を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨は、鉄浴式石炭ガス化方法において、溶鉄
中の燐濃度を検出し、この検出値が0.10％を越えていた
ら石炭の吹き込みを一旦中止し、溶鉄を炉内に保持した
まま溶鉄中に酸化剤とスラグ塩基度を高める造さい剤と
を吹き込んで脱燐を行い、次いで溶鉄を炉内に保持した
ままスラグを排出し、その後石炭の吹き込みを再開始す
ることを特徴とする鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運転法
である。

（作用）鉄浴式石炭ガス化操業において、時間経過と共に溶鉄中
Ｐが濃化してカーボン効率の低下した状態を初期の状態
に復帰させる方法としてまず次の２案が考えられた。

長時間運転した後の溶鉄を系外へ出し、新たに低Ｐの
溶鉄を炉内へ装入するか、炉内で低Ｐの溶鉄を製造する
ことによりガス化運転を再開する。

長時間運転した後の溶鉄を系外へ出し、炉外において
脱燐作業を行ってから炉内へ戻し運転を再開する。

しかし、の方法はそれぞれ低Ｐ溶鉄の製造装置（溶鉱
炉、電気炉）を必要としたり、ガス化炉内でスクラップ
や型銑を溶解させる作業を必要とする。の方法ではガ
ス化炉本体とは別に溶鉄脱Ｐ装置を必要とする。したが
って、の方法ではガス化炉本体以外に高価複雑な装
置を必要とし、プロセスの競争力を著しく弱めることは
さけられない。

そこで本発明者は溶鉄を炉内に保持したまま脱燐を行う
ことにした。即ち、鉄浴式石炭ガス化炉内にＰの濃縮し
た溶鉄を持したまま石炭吹き込みを一時中止し、Ｐを酸
化するための酸素または鉄鉱石、ミルスケール類、およ
び酸化されたＰを固定するCaO、アルカリ金属酸化物な
どの塩基性物質を浴中に吹き込み脱燐作業をおこなう。
この時の吹き込み方法として、石炭と酸素を吹き込むノ
ズルを使用してもよく、専用のノズルを使用してもよ
い。この作業によって生成したＰを含むスラグを、炉を
傾動する等により炉口より排出するか専用のスラグ排出
口より除去する。この作業により溶鉄中のＰ濃度が充分
に低下したことを確認の上、再び石炭と酸素吹き込みに
よるガス化操業を再開する。

鉄浴式石炭ガス化法において長時間のガス化操業を行う
とガス化効率が低下するが、これは溶鉄中のＰの蓄積に
起因するので、溶鉄中のＰ濃度を検出して、この値がガ
ス化効率の低下に影響しはじめる0.10％を越えていたら
脱燐を行うことにより、ガス化効率の低下を防止するこ
とができる。

溶鉄中のＰを除去する物質として、Ｐの酸化剤とそれを
固定するスラグ塩基度を高める造さい剤の２つが要求さ
れる。酸化剤はＰを酸化し、スラグ塩基度を高める造さ
い剤は酸化されたＰをスラグに固定するもので、脱Ｐ反
応は例えば次の式で示される。

４CaO(s)＋2P＋50＝４CaO・Ｐ_２Ｏ_５(s) （ｓは固体の状態を示す）この際、スラグ中のCaO％あるいは塩基度（CaO／SiO₂）
は高い程脱Ｐ上有利であるが、コストやスラグの流動性
などの点も考慮して1.5〜3.0前後が望ましい。脱Ｐとス
ラグ塩基度の関係については次の式がある。

log｛（％Ｐ）／［％Ｐ］｝＝22350／Ｔ＋0.08（％CaO）＋2.5log（％FeO）−16.0 （Ｇ．Ｗ．Healy JISI（1970）７，ｐ664あるいは鉄と
鋼（1983）69，ｐ1832）この式において鉄浴式石炭ガス化の運転条件、例えばス
ラグ中CaO％＝45，Ｔ＝1723K，スラグ中FeO％＝２とす
れば、スラグと溶鉄中のＰ濃度比（％Ｐ）／［％Ｐ］は
20.9となる。ここで溶鉄中Ｐ濃度＝0.05％とすればスラ
グ中Ｐ濃度（％Ｐ）は１％程度となり、充分運転可能な
範囲である。

この脱Ｐ運転中にかなりの脱Ｓ反応も進行するが、これ
は鉄浴式石炭ガス化の目的上好ましい反応であって、な
んらさしつかえない。

（実施例）第２図に示したガス化炉においてカーボン効率悪化が見
られたので、鉄浴中のＰ濃度を分析するとともに石炭と
酸素吹き込みを一端中止し、別置きフィードホッパーよ
りCaOと鉄鉱石を気流搬送し、底吹きノズルからCaO 10
kg／min、鉄鉱石10kg／minの速度で溶鉄量５tonの炉内
溶鉄中に１０分間吹き込んだ。この脱Ｐ作業の後、炉体
を傾動してスラグの排出作業を行った。溶鉄中Ｐ濃度は
処理前の0.22％より0.04％まで低下したので炉を直立し
て再びガス化操業に入った。操業再開後の溶鉄中Ｐ濃度
と処理前後のカーボン効率については、Ｐ濃度が0.1％
を越す段階よりカーボン効率の悪化傾向が現れはじめ、
0.15％超では明瞭となった。

なお脱Ｐ処理中に溶鉄中Ｃも酸化されて濃度が低下する
ので、ガス化操業に復帰した直後は石炭／酸素比率をや
や多目にして溶鉄中Ｃ濃度を増加させる必要がある。

この実施例は底吹ノズルの例であるが、上吹きランスよ
り酸化剤等を投入してもよい。あるいは炉の上部にホッ
パーを設て酸化剤等を炉内に投入してノズルからのガス
で浴をかくはんしても効果はほとんど変わらない。また
炉内のスラグは石炭中の無機物を造さい剤とが溶融して
生じたもので、その量は次第に増加するので、脱Ｐ作業
に入る直前に排さい作業を行い、炉内スラグを減らして
おくことは酸化剤等のコストを低下させるために有効で
ある。

（発明の効果）本発明の方法は、低Ｐ、低Ｓの溶鉄を定期的にガス化炉
へ供給したり、長時間運転後の高Ｐ、高Ｓ溶鉄を処理す
るコストを不要にし、最小のコストで溶銑脱Ｐを行い、
鉄浴式石炭ガス化炉の長時間連続運転を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄中カーボン溶解度と温度との関係を示す図、第２図は鉄浴式石炭ガス化炉の例を示す図、第３図は石炭ガス化運転中の溶鉄中Ｐ、Ｓ濃度、および
カーボン効率の変化を示す図である。１……ガス化炉本体、２……溶融スラグ、３……溶鉄、
４……底吹ノズル、５……スラグ溜り、６……生成ガ
ス、７……炉体切り離し装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄浴式石炭ガス化操業において、溶鉄中の
燐濃度を検出し、この検出値が0.10％を越えていたら石
炭の吹き込みを一旦中止し、溶鉄を炉内に保持したまま
溶鉄中に酸化剤とスラグ塩基度を高める造さい剤とを吹
き込んで脱燐を行い、次いで溶鉄を炉内に保持したまま
スラグを排出し、その後石炭の吹き込みを再開すること
を特徴とする鉄浴式石炭ガス化炉の長時間運転法。