JPH09291291A

JPH09291291A - 石炭の熱分解方法及び装置

Info

Publication number: JPH09291291A
Application number: JP12626196A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Ikeda; 善正池田; Takafumi Kawamura; 隆文河村; Hiroyuki Kotsuru; 広行小水流; Shigeru Hashimoto; 茂橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭熱分解ガス中に含まれるタールを高温に
して熱分解し、この高温ガス顕熱を利用して、ガス中の
Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂を燃料として有効なＨ₂，ＣＯに変換し、
ガス中に残ったスラグを除去し、脱硫に適した温度に冷
却して、効率的に脱硫する。【解決手段】石炭熱分解ガス中のチャーを除去する高
温集塵装置の後段に、酸素を添加するノズルを有するタ
ール分解装置を設け、ガスを高温にしてタールを熱分解
し、このガスをコークス等を充填したシャフト炉に通
し、コークス等のＣと反応を行うことで、脱硫に適した
温度に冷却すると同時にガス収率の増加と未捕集のチャ
ー、スラグをコークスに捕集し、次に石灰等の脱硫剤を
使用してガス中の硫化水素を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を熱分解して
チャー、タール、軽油及びガスを生成し、燃料や化学原
料用等に利用する技術において、石炭熱分解ガス中のタ
ールを分解し、さらに、ガス中の有害物である硫化水素
ガスを除去し、ガス中のＨ₂Ｏ、ＣＯ₂とコークス等に含
まれるＣと反応させてガス収量を増加する方法と装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来実用化されている石炭のガス化技術
は、１５００℃程度の高温で石炭と酸素を反応させて、
ＣＯやＨ₂ガスを生成させるものであり、ガス中にはタ
ール成分が含まれないので、高温サイクロン等で未燃焼
チャーを分離した後、熱回収を行い、湿式あるいは乾式
手段でダストや有害成分を分離していた。

【０００３】近年、比較的低温で石炭を熱分解して、炭
化水素を含む高カロリーガスとタール、軽油を製造する
方法が開発されている。例えば、特開平５ー２９５３７
１号公報には、微粉炭を熱分解反応装置に吹き込み、５
００〜１０００℃で熱分解し、ホットサイクロンでチャ
ーを分離し、さらに冷却塔でタールを分離して、ガス、
タール及びチャーを製造するとともに、生成したチャー
の一部を酸素と反応させて高温ガスを発生させ、熱分解
反応装置に導入し、該高温ガスの気流中で石炭を熱分解
する方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平５ー２９５
３７１号公報のプロセスにおいて、発生するタールは約
３００℃前後で凝縮が始まるので、廃熱ボイラー等で熱
回収する際に、伝熱管表面でタールが付着する問題から
低温まで熱回収することが不可能である。また、タール
をガスと分離して回収するには、コークス炉で行われて
いるように、水を噴霧して冷却後、水と静置分離するデ
カンターが必要になり、湿式のタール分離設備とこれを
設置する大きなスペースを要する問題がある。しかし、
水噴霧を行ってもガス温度は、７０℃程度にしか低下せ
ず、ガス中にはタール分が残留し、さらにガス温度が低
下するとタールが凝縮して配管が閉塞することから、間
接冷却方式のプライマリークーラーでガスを３５℃程度
に冷却し、さらに軽油捕集設備でナフタリンを除去して
使用している。また、捕集したタールには、ガス中のチ
ャー等のダストが混入するため、遠心分離器等のタール
中のダストを分離する設備も必要である。このため、タ
ールが存在すると熱回収が不十分になり、タールの分離
のための設備及び冷却水を要し、ガスから凝縮した凝縮
水には、タール中の水溶性の成分が溶解して高ＣＯＤ排
水になるので、排水処理も必要である。一方、タールは
化学原料として有益であるが、プロセスの簡略化、及び
ガス収率を増加する方が望ましい場合があり、経済性に
優れた、タールを除去するプロセスが必要である。一
方、軽油はガス中では、常温でも凝縮しないことから除
去しなくても問題はない。

【０００５】また、上記熱分解ガスには、石炭及びチャ
ー中のＳが硫化水素として含まれることから、燃料又は
化学原料として使用する前に、事前に除去することが望
ましい。硫化水素を含むガスの脱硫は、水噴霧で冷却し
たガスでは、コークス炉ガスで行われている、アルカリ
水溶液に硫化水素を吸収して、吸収した水溶液を空気で
酸化再生する方法が一般的であるが、吸収・再生塔が必
要で設備費及び吸収液、空気の圧送に要する電力費がが
高い問題がある。一方、高温のガスは、石灰あるいは酸
化鉄を用いて、乾式で脱硫することが可能であり、コス
ト面で優れているが、脱硫に適した温度までガスを冷却
する必要がある。しかし、ガス冷却を廃熱ボイラーで行
う際に、ガス中にタールが存在すると、廃熱ボイラーで
はガス温度はタールの凝縮温度以上でも、伝熱管表面温
度は循環水温度に近いことから、タールが伝熱管表面に
凝縮し、更にガス中のダストが付着して閉塞する問題が
ある。

【０００６】本発明の目的は、熱分解ガス中に含まれる
タールを分解して、ガス中のタールを分離する湿式の設
備を省略すると共に、脱硫に適した温度でガス中の硫化
水素を安価な石灰等を用いる乾式脱硫で除去する方法及
び装置を提供することにある。

【０００７】

【発明を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の手段は以下の通りである。

【０００８】（１）石炭を熱分解してチャー、タール、
軽油及びガスを生成するとともに、該チャーの一部を酸
素と反応させて高温ガスを発生させ、該高温ガスで前記
石炭を熱分解する方法において、高温サイクロン等の高
温集塵装置でチャーを分離したガスに酸素を添加して、
ガス温度を１０００〜１３００℃に昇温するタール分解
装置で、タールを熱分解して除去するこを特徴とする石
炭の熱分解方法である。

【０００９】（２）上記記載のタール分解装置の後段
に、コークス等の炭素材料を充填したシャフト炉を用い
て、前記タールを除去した温度１０００〜１３００℃の
ガス中のＨ₂Ｏ、ＣＯ₂とコークス等に含まれるＣと反応
させることで、ガスの冷却、ガス収量の増加を行い、さ
らに前記集塵装置で未捕集のガス中のスラグ、チャーを
コークス等で捕集することを特徴とする石炭の熱分解方
法である。

【００１０】（３）上記記載のシャフト炉の後段に、脱
硫装置を設けて石灰あるいはドロマイトと接触させて、
前記シャフト炉を通過したガス中のＨ₂Ｓを除去するこ
とを特徴とする石炭の熱分解方法である。

【００１１】（４）上記記載の石灰あるいはドロマイト
と接触させて、ガス中のＨ₂Ｓを除去する際のガスの温
度を、前記シャフト炉中のコークス等の充填物の高さを
調整することにより、７００〜９００℃に制御すること
を特徴とする石炭の熱分解方法である。

【００１２】（５）石炭を熱分解してチャー、タール、
軽油及びガスを生成するとともに、該チャーの一部を酸
素と反応させて高温ガスを発生させ、該高温ガスで前記
石炭を熱分解する石炭熱分解装置において、石炭の熱分
解炉、高温集塵装置、タール分解装置、シャフト炉、脱
硫装置が順に連結されて設けられ、タール分解装置には
酸素を吹き込むノズルを設け、酸素流量でガスの温度制
御を行い、この高温ガスとコークス等のＣとを反応させ
るシャフト炉にはコークス等の供給装置と排出装置を設
け、該シャフト炉出口温度をコークス等の炉内充填物の
高さを調整することによって制御することを特徴とする
石炭熱分解装置である。

【００１３】本発明においては、石炭熱分解ガスを高温
集塵した後に、酸素を添加して高温にしてタールを熱分
解することで、タール分離設備が不要になる。さらに、
この高温ガスをコークス等と反応させることで、脱硫に
適した温度に冷却すると同時に有益なガス成分を増加し
てガス収率が増加できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者は、石炭熱分解時にター
ルの収率は、石炭熱分解温度が高くなると減少する点に
注目し、石炭熱分解温度が１０００℃以上では、タール
が発生しないとの知見を得た。一方、熱分解ガス中に
は、熱分解生成物であるチャー、タール、軽油及びガス
の他に、ガス化に用いるチャーに含まれる灰分が溶融ス
ラグになり、大部分はスラグタップから排出されるが、
一部はガスに同伴されて熱分解炉に入る。ところで、ス
ラグの融着温度は１０００℃前後と言われており、９０
０℃以下の熱分解では、スラグは熱分解炉に供給される
石炭で急冷されて、スラグの溶融温度以下になり、固化
して熱分解炉の炉壁には付着しないが、熱分解温度が１
０００℃以上では、スラグが熱分解炉の炉壁に付着する
問題が生じる。そこで、熱分解は、スラグが熱分解炉の
炉壁に付着しない９００℃以下の温度で行い、高温サイ
クロン等の集塵装置で、熱分解チャー及びスラグの大部
分を除去した後、その後段で１０００℃以上の温度に昇
温してタールを分解する方法を考案した。一方、サイク
ロン等で分離したチャーの一部は、ガス化炉にリサイク
ルし、酸素を供給して燃焼することで高温のガスを生成
するのに使用する。

【００１５】チャーを分離したガスを１０００℃以上に
する方法は、タール分解装置でガスに酸素を添加してガ
スの一部を燃焼することで容易に達成できる。しかし、
サイクロン等では、チャー及びスラグは完全に分離でき
ないので、タール分解のため、１０００℃以上に加熱す
れば、スラグが融着する問題が生じる。また、有益なガ
スに酸素を添加して、一部燃焼させることで、ガス中の
Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂が増加することは、ガス収率が低下する点
で好ましくない。そこで、この１０００℃以上の高温ガ
スをコークス等を充填したシャフト炉に導きＨ₂Ｏ、Ｃ
Ｏ₂とコークス等のＣとを反応させて、Ｈ₂、ＣＯにする
吸熱反応で反応させて燃料として有益なガス成分にする
と同時にガス温度を低下させ、かつ、チャー及びスラグ
をコークスに付着させて除去できる方法を考案した。ス
ラグは、酸素で燃焼して高温になるので溶融しやすい状
態になるが、熱分解炉と異なりチャー等の固形物濃度が
低いこと、及びガスはタール分解装置の後段のシャフト
炉に直接入り、シャフトで急冷されて固化・除去される
ので、炉壁に付着することなく除去することが可能にな
る。この点から、タール分解装置とシャフト炉は直結し
て配置し、配管の曲がり及び縮小は行わない配置が望ま
しい。

【００１６】一方、ガス中に含まれる硫化水素は、脱硫
装置内の石灰又はドロマイトに吸収することで、除去が
可能になる。石灰等による硫化水素の除去は、下記の反
応式で示され、ガス中の水分が少ない方が脱硫は進行
し、平衡条件から温度は低いほうが、ガスに残留する硫
化水素濃度は低下するが、低温では反応速度が遅いこと
から、８００〜９００℃程度が適切とされている。

【００１７】ＣａＯ＋Ｈ₂Ｓ＝ＣａＳ＋Ｈ₂Ｏ脱硫装置入口ガス温度は、シャフト炉の出口ガス温度
を、シャフト炉のコークス等の充填高さを制御すること
で反応時間の調節が可能になり、脱硫に最適な８００〜
９００℃の温度が達成出来る。また、シャフト炉で事前
にＨ₂Ｏを減少することは、効率的に脱硫を行うのに有
利に働くことが判る。本脱硫装置は、流動層又は移動層
反応装置を用いることが出来る。また、シャフト炉から
出たガスを廃熱ボイラー等で５００℃程度に冷却して、
酸化鉄で脱硫することも可能である。

【００１８】以下添付図によって本発明の実施の形態を
詳細に説明する。図１は、チャーガス化炉１、石炭熱分
解炉２、高温集塵装置３、酸素を添加するタール分解装
置４、コークス等の炭素材料を充填したシャフト炉５、
石灰又はドロマイトを添加した脱硫装置６と熱回収用装
置７及び集塵装置８によって構成される本発明の石炭熱
分解装置を示す。

【００１９】チャーガス化炉１は、石炭熱分解で生成す
るチャー９の一部を分岐して酸素１０、蒸気１１をバー
ナー１２から炉内に供給して、１５００〜１６００℃の
高温のガスを生成する。熱分解炉２では、ガス化炉１で
生成した高温のガスに微粉炭１３を微粉炭ノズル１４か
ら供給して、６００〜９００℃で熱分解生成物であるチ
ャー、タール、軽油及びガスを得る。次に高温集塵装置
３で、ガス中のチャー、ガス化炉から飛散したスラグの
大部分を捕集するが、タール、軽油は捕集されない。タ
ール分解装置４は、酸素１０を前記高温集塵装置３でチ
ャー、スラグを除去した熱分解ガスに供給しガスの一部
を燃焼して、１１００〜１３００℃に昇温して、ガス中
のタールをガスとチャーに熱分解する。タール分解装置
４は、ガスを均一かつ急速に燃焼するため、酸素はガス
との混合を促進するよう供給し、酸素流量でガス温度を
制御する温度制御装置１５を有する。シャフト炉５は、
高温のタールを分解したガスと反応するコークスを補給
するコークス補給装置１６と反応したコークス及び捕集
したチャー、スラグを排出するコークス排出装置１７を
有する。熱回収装置７は、ボイラー以外の熱回収装置も
用いることが出来る。集塵装置８は、バグフィルター、
ベンチュリースクラバー等が使用できる。

【００２０】さて、チャー９は、気体で搬送され、バー
ナー１２の出口で酸素１０、蒸気１１と混合して噴出
し、チャーガス化炉１でチャー９のガス化が行われる。
ガスは、チャーガス化炉１から出て熱分解炉２に入り、
気体で搬送された微粉炭１３と混合してガス化ガスの温
度が低下すると同時に微粉炭１３を熱分解する。一方、
チャー９に含まれる灰分は、溶融してスラグタップ２０
から排出し水ポット２１に落下させて固化排出するが、
一部はガスと共に熱分解炉２に入り微粉炭１３で冷却さ
れて固化する。熱分解ガスは、高温サイクロン等を用い
た高温集塵装置３でチャーの大部分とスラグが捕集さ
れ、捕集したチャーの一部は、ガス化のためにリサイク
ルする。

【００２１】タール分解装置４には、酸素１０を酸素ノ
ズル２２から供給し、ガスの一部が燃焼して温度が上昇
してタールがガスとチャーに分解する。タール分解装置
４の出口には、温度計を設置して温度制御装置１５で酸
素流量を制御してタール分解温度を制御する。シャフト
炉５でガスは、ガス中のＨ₂Ｏ、ＣＯ₂がコークス２３と
反応してガス量の増加及び組成が変化し、反応熱で温度
が低下する。高温集塵装置３で未捕集のチャー、スラグ
及びタールが熱分解して生成したチャーの大部分はコー
クス２３に付着して捕集される。

【００２２】シャフト炉５の上部には、ガスと反応し
て、消費したコークスを補給するコークス補給装置１６
を設ける。シャフト炉５の下部には、固化したスラグ、
チャー、及びガスと反応して微粉化したコークスを排出
する排出装置１７を設ける。コークス排出装置１７は、
ガスと反応して微粉化したコークス及び捕集したチャー
等のみを排出するように、シャフト炉内に篩を設ける
か、排出したコークスをシャフト炉外で分級して、塊状
のコークスは再使用できるようにするのが、コークス使
用量を減少できる点から望ましい。また、コークス補給
装置１６は、シャフト炉内のコークス高さを調節するこ
とで、シャフト炉出口の温度を制御する温度計１８とコ
ークス高さ検出装置１９を用いてシャフト炉出口温度を
制御できるようにするのが好ましい。排出したスラグ、
チャー、コークスは、ガス化炉１でガス化することも可
能である。

【００２３】脱硫装置６には、石灰又はドロマイトを装
入した移動層又は流動層を用いることが出来る。脱硫剤
は、給・排出装置を設けることで連続処理が可能であ
る。脱硫した石灰２４等は、別途装置外で必要に応じ燃
料を添加して空気で酸化することで、石膏になり建築資
材、セメント材料として有効利用できる。一方、脱硫し
たガスは、熱回収装置７で冷却後、集塵装置８で未捕集
のチャー、スラグ、脱硫に使用した石灰等を除去して清
浄なガスを得ることが出来る。本プロセスでは、ガス中
の軽油分は捕集できないが、別途軽油捕集設備で捕集す
ることが可能であり、未捕集のままガスと共に燃焼する
こともできる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明によるカルチンプリマ炭を用い
て、ガス化温度１５５０℃、熱分解温度８００℃、圧力
０．３ＭＰａで石炭を熱分解する場合の実施例を説明す
る。表１に使用した石炭及び生成したチャー及びタール
の組成を示す。チャーガス化炉にはチャー１０．９ｔ／
ｈ、酸素７６９０Ｎｍ³／ｈ、蒸気８５７９Ｎｍ³／ｈを
投入し、チャーの炭素転換率は約９８％、生成したスラ
グの約８０％はスラグタップから排出し、残りの約２０
％がガスに同伴された。熱分解炉には２００メッシュ以
下８０％の微粉炭４１．７ｔ／ｈを投入した。熱分解収
率を表２に、ガス量及びガス組成を表３に示す。高温集
塵装置では、ダストの約９５％を捕集し、残りはガスに
同伴されて、ダスト濃度は２６ｇ／Ｎｍ³であった。タ
ール分解装置には、酸素１４８３Ｎｍ³／ｈを投入し、
ガスを１１５０℃まで昇温した。このガス組成及びガス
量を表３に示す。タールは、ガスとチャーに分解され
て、タールは検出できなかったが、ガス軽油の収率はほ
とんど減少しなかった。次に、コークスを充填したシャ
フト炉にガスを通し、シャフト炉出口のガス温度が約８
５０℃になるようにした結果、コークス４ｔ／ｈを使用
した。ダスト濃度は、０．７ｇ／Ｎｍ³で、ほとんどの
ダストが捕集されていることが判る。このガス組成及び
ガス量を表３に示す。表３に示すように、タール分解で
は、タールの熱分解によるガスの増加があるが、燃焼に
よってガスの総発熱量は減少している。しかし、このガ
スをシャフト炉で、ガス中のＨ₂Ｏ、ＣＯ₂とＣ反応させ
ることで、ガスの熱エネルギーを化学エネルギーに変換
し、総発熱量を増加している。タール分解装置及びシャ
フト炉に入る配管には、炉壁に溶融スラグの付着はほと
んどなく、チャーと共にシャフト炉に入っていることが
判明した。次に、このガスをＣａＯ／Ｓモル比が２の条
件で、流動層脱硫装置で脱硫した結果、硫化水素は３１
００ｐｐｍから１３０ｐｐｍに減少し、９６％の脱硫率
を得た。

【００２５】本実施例では、シャフト炉にコークスを用
いたが、揮発分の少ない石炭塊、石炭熱分解生成物であ
るチャーの成型物等を用いることが出来る。

【００２６】石炭熱分解ガスをタール分解及びコークス
を充填したシャフト炉を通すことによって、生成ガス
量、生成ガス熱量が１．２倍に増加していることが判
る。また、シャフト炉を通すことで、ガス中のＨ₂Ｏが
１３％から２％に減少して脱硫率向上に寄与しているこ
とが判る。また、ガス中のダスト濃度も大幅に減少し、
後段の廃熱ボイラー及び集塵装置のダスト負荷も低減し
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、熱分解炉の後段に酸素
を添加する簡単なタール分解装置を用いて、タールを分
解することで、湿式のタール分離設備が不要になり、更
に、タールを分解したガスをコークスを充填したシャフ
ト炉に通すことで、ガスの温度低下、ガス収率の増加、
ダストの集塵を行うことが可能になり、この結果、溶融
スラグによる付着トラブルを回避してガス収率を増加さ
せて、脱硫に適した温度条件、ガス組成を作ることで、
効率のよい脱硫が可能になる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の石炭熱分解装置の説明図である。

【符号の説明】

１チャーガス化炉２石炭熱分解炉３高温集塵装置４タール分解装置５シャフト炉６脱硫装置７熱回収装置８集塵装置９チャー１０酸素１１蒸気１２バーナー１３微粉炭１４微粉炭ノズル１５温度制御装置１６コークス補給装置１７コークス排出装置１８温度計１９コークス高さ検出装置２０スラグタップ２１水ポット２２酸素ノズル２３コークス２４脱硫剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｊ 3/84 Ｃ１０Ｊ 3/84 // Ｃ１０Ｇ 1/02 9547−4ＨＣ１０Ｇ 1/02 (72)発明者橋本茂富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭を熱分解してチャー、タール、軽油
及びガスを生成するとともに、該チャーの一部を酸素と
反応させて高温ガスを発生させ、該高温ガスで前記石炭
を熱分解する方法において、高温サイクロン等の高温集
塵装置でチャーを分離したガスに酸素を添加して、ガス
温度を１０００〜１３００℃に昇温するタール分解装置
で、タールを熱分解して除去するこを特徴とする石炭の
熱分解方法。
【請求項２】請求項１記載のタール分解装置の後段
に、コークス等の炭素材料を充填したシャフト炉を用い
て、前記タールを除去した温度１０００〜１３００℃の
ガス中のＨ₂Ｏ、ＣＯ₂とコークス等に含まれるＣと反応
させることで、ガスの冷却、ガス収量の増加を行い、さ
らに前記集塵装置で未捕集のガス中のスラグ、チャーを
コークス等で捕集することを特徴とする石炭の熱分解方
法。
【請求項３】請求項２記載のシャフト炉の後段に、脱
硫装置を設けて石灰あるいはドロマイトと接触させて、
前記シャフト炉を通過したガス中のＨ₂Ｓを除去するこ
とを特徴とする石炭の熱分解方法。
【請求項４】請求項３記載の石灰あるいはドロマイト
と接触させて、ガス中のＨ₂Ｓを除去する際のガスの温
度を、前記シャフト炉中のコークス等の充填物の高さを
調整することにより、７００〜９００℃に制御すること
を特徴とする石炭の熱分解方法。
【請求項５】石炭を熱分解してチャー、タール、軽油
及びガスを生成するとともに、該チャーの一部を酸素と
反応させて高温ガスを発生させ、該高温ガスで前記石炭
を熱分解する石炭熱分解装置において、石炭の熱分解
炉、高温集塵装置、タール分解装置、シャフト炉、脱硫
装置が順に連結されて設けられ、タール分解装置には酸
素を吹き込むノズルを設け、酸素流量でガスの温度制御
を行い、この高温ガスとコークス等のＣとを反応させる
シャフト炉にはコークス等の供給装置と排出装置を設
け、該シャフト炉出口温度をコークス等の炉内充填物の
高さを調整することによって制御することを特徴とする
石炭熱分解装置。