JPH1077479A

JPH1077479A - 熱分解反応器、部分酸化・乾留用反応器および固形燃料および燃料ガス製造装置

Info

Publication number: JPH1077479A
Application number: JP23019496A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Konishi; 武史小西; Ichiro Ueno; 一郎上野; Takeshi Furukawa; 武古川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】中カロリーガス、高カロリーガスおよび軽質
油を多量に製造できると共に、良質な固形燃料を得るこ
とができる固形燃料および燃料ガス製造のための熱分解
反応器を提供する。【解決手段】向流型二重管式熱分解反応器１７は、互
いに同心円で配置された内管部１８および外管部１９を
具備する。内管部１８は出口側端部に大径部１８ａが設
けられている。内管部１８および外管部１９の間には加
熱空間２０が設けられている。外管部１９の出口側端部
の近傍には、加熱空間２０に燃料ガスおよび空気を供給
するための燃料ガス供給手段２１および空気供給手段２
２が設けられている。一方、外管部１９の入口側端部の
近傍には、燃焼排ガス排気手段２３が設けられている。
内管部１８の出口側には、部分酸化・乾留用反応器とし
てのシャフト炉型反応器３０が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、石炭を原料とし
た固形燃料および燃料ガスの製造のための熱分解反応
器、部分酸化・乾留用反応器および固形燃料および燃料
ガス製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭を原料としてコークス等の固
形燃料を製造することが行われている。コークスは、石
炭の高温乾留によって得られる。石炭は、各種のマセラ
ルにより構成された不均一な物質であるため、コークス
製造時には、３５０〜５００℃の軟化溶融温度域時にお
いて石炭組織中の活性成分と不活性成分の混合物が溶融
結合する必要がある。従って、製鉄用の塊コークスを製
造するためには、加熱過程の上記温度領域で軟化溶融
し、一定の石炭化度を有するいわゆる粘結炭が必要であ
る。そのため、発電用または燃料用などに使用される石
炭に比べ比較的高価な石炭を使用しなければならない。

【０００３】さらに、将来的な原料炭の枯渇およびそれ
による価格の高騰を考慮すると、今後劣質炭の有効利用
の必要性がますます重要になる。ところが、風化炭また
は非粘結炭、微粘結炭または弱粘結炭のように活性成分
の少ない劣質炭をコークス原料として使用した場合、活
性成分の接着が不十分になる。この結果、コークス塊が
得られないか、あるいは得られたとしても塊コークス歩
留まりやコークス強度が低下する。

【０００４】このような事情から、製鉄用コークス製造
を目的とし、軟化溶融性の劣る比較的安価な石炭に石炭
系ピッチ分あるいは石油系ピッチ分を粘結剤として添加
し、冶金用コークスを製造する技術が確立されている
（例えば特開昭５８−６１１７７号公報）。

【０００５】しかしながら、上述の冶金用コークスを製
造するための石炭への粘結剤の添加では、石炭と粘結剤
を均一に混合することが難しい。特に石炭内部の微細空
隙内部にまで石炭系ピッチ分あるいは石油系ピッチ分を
浸透させることは不可能である。このため、石炭の乾留
時に粒子同士の接着が十分になされないという問題が生
じる。例えば、開示されている方法では、せいぜい３〜
５０μｍの粒子を結合するのみであり、本来のコークス
の原料となる原料炭のような石炭粒子内のマセラル成分
レベルまでの結合は不可能である。

【０００６】また、この他にも粘結剤の流動によって偏
析がおこり、得られるコークスの性状が不均一になる。
このため、塊歩留まりが低下したり、さらにはコークス
強度が低下するなど種々の不都合が生じている。加え
て、粘結剤の流動による偏析によって炉壁面への炭素の
付着や揮発による炉壁への熱分解炭素の付着により、窯
出しが困難になるという問題も有している。

【０００７】また、石炭資源の有効利用を背景として既
に種々の石炭ガス化技術が確立されている。このような
石炭ガス化プロセスの評価基準の一つとして炭素利用率
が挙げられる。すなわち、石炭ガス化プロセスでは、最
終的に生成される飛灰や主灰中に残留する炭素分が低い
ことが要求される。このため、多くの石炭ガス化プロセ
スにおいて石炭ガス化により発生したチャー等の固体炭
素分を別途燃焼させる必要が生じている。

【０００８】また、従来の石炭ガス化技術では、石炭中
の灰分（無機不純物）は、スラグとして１５００℃以上
の極めて高い温度で溶融させてガス化装置から排出して
いる。このため、溶解スラグによる閉塞等の操業上のト
ラブルが起こりやすい。

【０００９】以上説明したような石炭の利用の他に、石
油精製分野では、減圧蒸留残油を熱分解し、軽油、ガ
ス、ピッチ分、チャーまたはコークスを得る重質油熱分
解プロセスとして、ディレードコーキング、フレキシコ
ーキング、ＥＵＲＥＫＡ、ＣＨＥＲＲＹ−Ｐ、ビスブレ
ーキング等の各種プロセスが知られている。例えば、燃
料油製造を目的としたビスブレーカーは、熱分解条件が
温和であるため、重質油をｃｏｉｌ内で液状のまま熱分
解でき、連続プロセスとしての有利性を有する。また、
フレキシコーキングは、重質油を可能な限りガスに変換
することを目的としており、この方法で生成したコーク
スをガス化している。

【００１０】しかしながら、石油系重質油の熱分解プロ
セスであるフレキシコーキングは、ガス収率を高めるた
めに、熱分解で生じたコークスをプロセス内で循環使用
し、一部ガス化しており、高度な運転技術を必要とす
る。また、ビスブレーキングは、熱分解条件が温和な反
面、重質燃料の収率が高く、その利用価値が小さい。

【００１１】また、石炭と重質油を混合して燃料として
使用する方法として、例えば、特開昭６０−１１５９６
３号公報に開示されるＣＯＭ（Coal Oil Mixture）が行
われている。この方法は、石炭をスラリー化することに
より連続的に反応プロセスに供することができる点では
優位性を見いだせるが、燃焼用燃料としての利用を意図
したものであるため、高カロリーガスの製造には適用で
きない。また、ＣＯＭの燃焼プロセスでは、重質油は単
に燃料として使用されるのみなので、重質油を有効に利
用したとはいえない。さらに、ＣＯＭ製造時には石炭ス
ラリーを安定に分散させるため、高価な添加剤を必要と
する。

【００１２】上述のように、石炭からコークスのような
固形燃料を製造する技術や、石炭をガス化する技術が種
々研究され発表されている。しかし、軽質油および中カ
ロリーガスや高カロリーガスのような燃料ガスの収率、
並びに、塊歩留まり、ドラム強度、反応後強度といった
固形燃料に要求される各種特性の点で満足できるものは
ない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる点に
鑑みてなされたものであり、石炭を原料として、中カロ
リーガス、高カロリーガスおよび軽質油を多量に製造で
きると共に、良質な固形燃料を得ることができる固形燃
料および燃料ガスの製造のための熱分解反応器、部分酸
化・乾留用反応器および固形燃料および燃料ガス製造装
置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、石炭
および液状炭素含有物質の混合物を熱分解して軽質油、
高カロリーガスおよび熱分解残渣を得る熱分解反応器で
あって、内部を前記混合物がその入口側から出口側に向
かって移動する内管部と、前記内管部の外周を囲むよう
にして設けられ、前記内管部との間に加熱用ガスが前記
内管部の出口側から入口側に向かって流れる加熱空間を
規定する外管部とを具備することを特徴とする熱分解反
応器を提供する。

【００１５】本発明は、第２に、石炭および液状炭素含
有物質の混合物の熱分解により得られた熱分解残渣を乾
留および部分酸化して中カロリーガスおよび固形燃料を
得る部分酸化・乾留用反応器であって、中空状の本体
と、前記本体の上端部に設けられた前記本体内に前記熱
分解残渣を供給するための供給機構と、前記本体の下端
部に設けられた前記固形燃料を排出するための排出機構
と、前記本体内の下部に酸素含有ガスを供給するための
酸素含有ガス供給手段とを具備することを特徴とする部
分酸化・乾留用反応器を提供する。

【００１６】本発明は、第３に、石炭および液状炭素含
有物質の混合物を熱分解して、軽質油、高カロリーガス
および熱分解残渣を得た後、前記熱分解残渣を乾留およ
び部分酸化して、中カロリーガスおよび固形燃料を得る
固形燃料および燃料ガス製造装置であって、内部を前記
混合物がその入口側から出口側に向かって移動する内管
部と、前記内管部の外周を囲むようにして設けられ、前
記内管部との間に加熱用ガスが前記内管部の出口側から
入口側に向かって流れる加熱空間を規定する外管部とを
有する熱分解反応器、および、中空状の本体と、前記本
体の上端部に設けられた前記本体内に前記熱分解残渣を
供給するための供給機構と、前記本体の下端部に設けら
れた前記固形燃料を排出するための排出機構と、前記本
体内の下部に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガ
ス供給手段とを有する部分酸化・乾留用反応器を具備す
ることを特徴とする固形燃料および燃料ガスの製造装
置。を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の固形燃料お
よび燃料ガス製造装置の一実施形態を示す概略図であ
る。図中１１は、石炭ホッパーである。石炭ホッパー１
１の排出側には、混合器としてボールミル１２が設けら
れている。また、ボールミル１２には、炭素含有物質用
のタンク１３が、プランジャーポンプ１４を介して接続
されている。ボールミル１２の後段には、サービスタン
ク（容量５ｍ³ ）１５が設けられている。このサービス
タンク１５の後段には、二軸スクリューポンプ１６が設
けられている。二軸スクリューポンプ１６の排出側に
は、向流型二重管式熱分解反応器１７が設けられてい
る。

【００１８】向流型二重管式熱分解反応器１７は、互い
に同心円で配置された内管部１８および外管部１９を具
備する。内管部１８は出口側端部に大径部１８ａが設け
られている。内管部１８および外管部１９の間には加熱
空間２０が設けられている。外管部１９の出口側端部の
近傍には、加熱空間２０に燃料ガスおよび空気を供給す
るための燃料ガス供給手段２１および空気供給手段２２
が設けられている。一方、外管部１９の入口側端部の近
傍には、燃焼排ガス排気手段２３が設けられている。

【００１９】内管部１８の出口側には、内管部１８に連
通するようにしてガス／残渣分離部２４が設けられてい
る。ガス／残渣分離部２４の頂上部には、ガス導出管２
５が接続されている。ガス導出管２５の出口側は、２つ
の支管２６、２７に分岐している。

【００２０】ガス残渣分離部２４の底部には、２つの残
渣ダンパー２８、２９が、上下に積み重ねられている。
下側の残渣ダンパー２９の下方には、部分酸化・乾留用
反応器としてのシャフト炉型反応器３０が配置されてい
る。シャフト炉型反応器３０の上部には、後述のように
シャフト炉型反応器３０内で発生した中カロリーガスを
回収するための回収管３１が接続されている。また、シ
ャフト炉型反応器３０の下部には、酸素含有ガス供給手
段３２が取付けられている。シャフト炉型反応容器３０
の下端部に設けられた出口には、２つの固形燃料ダンパ
ー３３、３４が上下に積み重ねられている。

【００２１】上述のような固形燃料・燃料ガス製造装置
１０において、次のようにして固形燃料及び燃料ガスが
製造される。第１に、石炭ホッパ−１１に収容された原
料の石炭を、ボールミル１２に導入する。一方、タンク
１３に収容された液状炭素含有物質を、プランジャーポ
ンプ１４によりボールミル１２に送り込む。

【００２２】本発明で使用される原料の石炭は、特に制
限はなく、例えば、泥炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭等を
使用することができる。一方、液状炭素含有物資１２
は、液状であって炭素を含有する物質である。液状炭素
含有物質は、例えば、コールタール、タールピッチ分、
タール蒸留中間製品、タール滓、重質油、廃油、汚泥、
廃液および有機系廃溶剤からなる群から選択される少な
くとも１つである。

【００２３】ここで、コールタールは、特に限定されな
いが、製鉄プロセスにおいてコークス炉から副生するも
のを好適に使用することができる。重質油としては、直
留系である常圧残油、減圧残油、アスファルテンや、分
解系であるエチレンタール、ＦＣＣデカントオイル等の
石油系重質油が用いられる。さらに、石炭系の石炭液化
残油やオイルサンド系のオリノコタール、コールドレー
ク等も使用できる。廃油は、圧延工程で発生する廃油、
廃塗料、タンデム廃油または廃グリースである。また、
汚泥とは、例えば、コークス炉ガス精製工程で生じる活
性汚泥、圧延工程で発生する汚泥状の油スラッジ、製紙
加工で発生する汚泥、その他一般の下水汚泥等である。
また、廃液とは、例えば、パルプ廃液等である。

【００２４】次いで、ボールミル１２により、石炭の粉
砕および石炭と液状炭素含有物質との混合を行い、スラ
リーを得る。ここで混合器としては、ボールミル１２の
他、両成分が均一に混合できるものであれば特に制限さ
れないが、スクリュー混合機、ボールミル、ロッドミル
等を使用できる。ボールミルおよびロッドミルは混合と
同時に粉砕も行うことができるので好ましい。

【００２５】混合器としてボールミル１２またはロッド
ミルを用いた場合、石炭粉末の粒度は、液状炭素含有物
質とともに混合してスラリー化するために、粒径約５ｍ
ｍ以下が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下が良
い。

【００２６】ボールミルやロッドミルを用いない場合に
は、石炭を予め粉砕しても良い。石炭を粉砕するために
は、機械せん断式粉砕機、高速回転式衝撃粉砕機、ジェ
ットミル等が使用できる。

【００２７】混合時間は、混合比率に応じて適宜選択す
ればよいが、ボールミルやロッドミル等を使用し粉砕を
兼ねる場合は、石炭の種類にもよるが、５分から６０分
が好ましい。また、混合の温度は、スラリーが固化しな
いようにするため、１００℃未満に保つ必要がある。石
炭と液状炭素含有物質との混合比率は特に規定されない
が、重量比で１：０．５以上であることが好ましい。

【００２８】得られたスラリーを、例えば、二軸スクリ
ューポンプ等のポンプによってサービスタンク等のサー
ビスタンク１５に導き、貯蔵しておく。この貯蔵におい
ても、タンク内の温度はスラリーの固化が起こらないよ
うに１００℃未満に保つ必要がある。スラリーは、サー
ビスタンク１５に貯留することなく、次の向流型二重管
式熱分解反応器１７に導入しても良い。

【００２９】サービスタンク１５に貯留されたスラリー
を、二軸スクリューポンプ１６により、熱分解反応器と
しての向流型二重管式熱分解反応器１７の内管部１８内
に押し入れる。スラリーは、二軸スクリューポンプ１６
の押し出す力により、内管部１８内を入口側から出口側
に向かって徐々に進む。二軸スクリューポンプ１６の他
に、スネークポンプ、押し出しポンプ、ダイヤグラムホ
ースポンプ、プランジャーポンプ等が使用できる。

【００３０】一方、内管部１８および外管部１９の間の
加熱空間２０内には、燃料ガス供給手段２１および空気
供給手段２２を介して、燃料ガスおよび空気を供給す
る。この燃料ガスを加熱空間２０内の内管部１８の出口
付近で燃焼させる。この燃料ガスの燃焼による高温の燃
焼排ガスは、加熱空間２０内を内管部１８の入口側に向
かって流れてゆき、燃焼排ガス排気手段２３を通じて排
気される。

【００３１】従って、内管部１８内をゆっくりと進んで
いるスラリーは、燃料ガスの燃焼により発生する燃焼排
ガスで間接的にかつ連続して加熱される。また、スラリ
ーは、内管部１８の出口側近傍で、燃焼ガスの燃焼によ
り間接的に加熱される。

【００３２】この実施形態では、燃料ガスの燃焼排ガス
をスラリーの加熱用ガスとしているが、この他に、高温
水蒸気、電気ヒーターを使用することができる。また、
後段の部分酸化・乾留用反応器から発生する粉塵を燃焼
させて、得られた燃焼排ガスを使用することもできる。
この場合には、先に述べた燃料ガスの使用量を低減でき
るという効果がある。また、内管部１８の出口側近傍で
の燃料ガスの燃焼は必ずしも必要ではなく、他の熱源か
ら所定温度の加熱用ガスを加熱空間２０内に導入しても
良い。

【００３３】上述の向流型二重管式熱分解反応器１７で
のスラリーの加熱により、第１熱処理工程が施される。
すなわち、スラリーは、石炭と石炭の微細構造内に浸透
した炭素含有物質を含む。このスラリーを、不活性雰囲
気または還元性雰囲気中で熱分解することにより、高カ
ロリーガスが発生する。この高カロリーガスは、例え
ば、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、エタン、エチレ
ン、プロパン、プロピレン、ｎ- ブタン、ｉ- ブタン等
である。また、スラリー中に含有される低沸点の軽質油
も分離される。

【００３４】この第１熱分解工程での処理温度は６００
℃以下である。処理温度が６００℃を超えた場合には、
スラリーから水素等のカロリーの低い分解成分ガスが発
生し、得られるガスのカロリーが低下するからである。
処理温度の下限値は、原料の石炭、コールタール、重質
油の性状等を考慮して選択することができるため、特に
限定されない。具体的には、第１熱分解工程の処理温度
は３００℃ないし６００℃の範囲内から適宜選択され
る。

【００３５】ここで発生した高カロリーガスおよび軽質
油の混合物は、ガス／残渣分離部２４を経て、ガス導出
管２５に流入する。ガス導出管２５に流入した混合物
は、ガス導出管２５内を流れるうちに冷却され、比較的
沸点が低い軽質油が液化する。この液化した軽質油を下
側の支管２７を通じてデカンター３５により回収する。
また、高カロリーガスを上側の支管２６を通じて回収す
る。一方、熱分解残渣は、順次送り込まれるスラリーに
よりガス／残渣分離部２４に押し出され、その底部に一
時的に蓄積される。

【００３６】上述の向流型二重管式熱分解反応器１７に
おいては、内管部１８内の温度分布が、内管部１８の出
口側に近いほど高くなっている。すなわち、内管部１８
の出口近傍は、加熱空間２０内での燃料ガスの燃焼によ
り加熱されるため最も温度が高い。内管部１８の入口に
近づくと内管部１８内は、燃料ガスの燃焼排ガスの顕熱
だけで加熱される。この燃焼排ガスの温度は内管部１８
の入口に近くなるほど低くなる。この結果、内管部１８
内には、その入口側から出口側に向かって温度が高くな
る温度勾配が形成されている。

【００３７】このような温度勾配が付与された内管部１
８内で、スラリーを徐々に送りながら加熱した場合に
は、スラリーの昇温速度が小さいため、石炭と液状炭素
含有物質との相互作用（膨潤反応）が十分に起こり、最
終的に強度の高い固形燃料が得られる利点がある。

【００３８】また、スラリー、すなわち石炭および液状
炭素含有物質の混合物中には、ピッチ分が含まれてい
る。このピッチ分のコークス化が進行するとスラリーが
再固化し、スラリーの流動性が低くなり、最悪の場合、
内管部１８内でスラリーが詰まってしまういわゆるコー
キングを起こすことがある。コーキングが起こると操業
を停止する必要がある。このようなスラリーのコーキン
グを防止するために、内管部１８の出口側端部に、内管
部１８の入口側端部の内径よりも大きい内径を有する大
径部１８ａが設けられている。このため、大径部１８で
の処理温度が、ピッチ分の再固化温度を越えてスラリー
が再固化しても、コーキングが起こりにくい。

【００３９】この向流型二重管式熱分解反応器１７で
は、上述のように、内管部１８内を内管部１８の入口側
から出口側に向かって移動するスラリーを、加熱空間２
０の内管部１８の出口近傍での燃料ガスの燃焼および加
熱空間２０内を内管部１８の出口側から入口側に向かっ
て流れる燃焼排ガスによって加熱している。従って、加
熱空間２０内の温度は、上述のように、内管部１８の入
口側から出口側に向かって温度が高くなる温度勾配が付
けられている。よって、スラリー中のピッチ分の熱分解
によるスラリーの再固化は、スラリーが高温で加熱され
る内管部１８の出口側で起こりやすい。そこで、図２に
示すように、内管部１８の出口側端部の内径Ｄを、入口
側端部の内径ｄよりも大きくすることにより、内管部１
８の出口側端部で再固化したスラリーによりコーキング
が発生するのを防止できる。

【００４０】内管部１８の出口側端部の内径Ｄを入口側
端部の内径ｄよりも大きくするには、例えば、内管部１
８の出口側端部に、図３（Ａ）に示すように、内管部１
８の入口側端部の内径ｄよりも大きい内径Ｄを有する大
径部４０を形成するか、図３（Ｂ）に示すように、内管
部１８の入口側から出口側に向かって内径が拡大する拡
径部４１を形成する。

【００４１】大径部４０および拡径部４１の内径Ｄは、
例えば、内管部１８の入口側端部の内径ｄとの内径ｄに
対して１１０〜２００％に設定する。さらに好ましく
は、加熱空間２０内のスラリーの温度が、スラリー中の
ピッチ分の再固化温度以上になる加熱空間の領域内に大
径部４０および拡径部４１を形成する。スラリーの再固
化は、上述のように、ピッチ分の熱分解により起こる。
従って、スラリーの再固化が起こる可能性がある加熱空
間２０の領域内の内管部１９の内径を大きくすることに
より、スラリーのコーキングの発生の可能性をより一層
低くすることが可能である。ピッチ分の再固化温度は、
液状炭素含有物質の種類によって異なる。例えば、コー
ルタールを液状炭素含有物質として用いる場合には、ピ
ッチ分の再固化温度は、４９０℃である。従って、この
場合には、加熱空間２０内のスラリーの温度が４９０℃
以上になる領域内の内管部１８に大径部４０または拡径
部４１を形成する。

【００４２】このように、内管部１８は、図３（Ａ）お
よび図３（Ｂ）に示すように、大径部４０または拡径部
４１と、これらのよりも内径が小さい入口側の小径部４
２からなるが、大径部４０または拡径部４１と小径部４
２は一体であっても良いし、別々の管を接続したもので
あっても良い。なお、内管部１８および外管部１９は、
例えば、ステンレス管からなる。

【００４３】以上説明した第１熱処理工程で得られた熱
分解残渣を、ガス／残渣分離部２４の底部から、残渣ダ
ンパー２８、２９を介して、シャフト炉型反応器３０内
に供給する。シャフト炉型反応器３０内では、次に説明
するように、熱分解残渣を高温乾留する第２熱処理工程
と、第２熱処理工程で生成した乾留残渣を部分酸化する
第３熱処理工程が行われる。

【００４４】シャフト炉型反応器３０内では、図４に示
すように、乾留前の熱分解残渣５０および乾留後の乾留
残渣５１が堆積している。なお、説明の都合上、図４で
は、熱分解残渣５０および乾留残渣５１は一部省略され
ている。

【００４５】シャフト炉型反応容器３０の下部は、乾留
後の乾留残渣５１で充満されており、また、酸素含有ガ
ス供給手段３２を介して酸素含有ガスが供給され、酸化
雰囲気になっている（以下、酸化反応帯５２という）。
酸化反応帯５２では、乾留残渣５１を部分酸化、言い換
えれば、乾留残渣５１を部分的に燃焼させている。乾留
残渣の部分酸化は、具体的には、ガス化剤として酸素含
有ガスを供給し、酸素雰囲気中で乾留残渣の部分酸化す
る。ここで部分酸化とは、個々の乾留残渣を部分的に酸
化すなわち燃焼させることである。この乾留残渣の燃焼
により中カロリーガス５３が発生し、固形燃料が得られ
る。この中カロリーガス５３は、一酸化炭素および水素
を含有する。一酸化炭素は、乾留残渣の部分酸化すなわ
ち燃焼で発生した二酸化炭素が、周囲の乾留残渣中に存
在する炭素と反応して変化したものである。

【００４６】また、この第３熱処理工程で得られる固形
燃料は、コークス、豆炭、練炭、ブリケット燃料等であ
る。得られる固形燃料の種類は、原料石炭の品位、液状
炭素含有物質中の粘結成分量等により決定される。

【００４７】ここで用いられる酸素含有ガスは、例え
ば、空気、酸素ガス、酸素および水蒸気の混合ガスまた
は酸素および二酸化炭素の混合ガスである。第３熱処理
工程の処理温度は、１２００℃以下の温度で行う必要が
ある。処理温度が１２００℃を越えた場合には、得られ
る固形燃料の強度が低下するからである。処理温度の下
限値は、原料の石炭、液状炭素含有物質の性状等を考慮
して選択することができるため、特に限定されない。し
かし、８００℃未満の処理温度では、部分酸化が遅く、
目的とする中カロリーガスと固形燃料を効率的に得るこ
とができないので、８００℃ないし１２００℃の範囲内
であることが好ましい。

【００４８】第３熱処理工程での乾留残渣の部分酸化の
割合は、例えば、１０〜８０％の範囲内で選択される。
部分酸化の割合が１０％よりも低いと熱分解残渣の乾留
に必要な熱量が得られず、また、中カロリーガスの発生
量が少なくなるおそれがあるからである。一方、８０％
よりも高いと固形燃料中の灰分含有率が増大し、固形燃
料の発熱量が低下する。また、固形燃料の強度が低下
し、第３熱処理工程での粉塵の発生量が増大するおそれ
がある。

【００４９】この部分酸化の割合は、石炭中の灰分の割
合に応じて決定することが好ましい。固形燃料は灰分が
多いほど強度が弱くなり、形状を維持できにくくなる。
例えば、石炭中の灰分の割合が１５重量％である場合に
は、コールタールを石炭の１．５倍使用する乾留残渣の
部分酸化の割合を約２５％まで設定することが可能であ
る。一方、石炭中の灰分が１〜２重量％である場合に
は、部分酸化の割合を約８０％まで設定することが可能
である。部分酸化の割合の変更は、ガス化剤としての酸
素含有ガスの供給量、または、酸素含有ガスが酸素およ
び水蒸気の混合ガスである場合には水蒸気の量を変更す
ることにより行うことができる。これにより、中カロリ
ーガスの発生量を任意に調節できる。

【００５０】酸化反応帯５２で発生した、一酸化炭素お
よび水素を主体とする中カロリーガス５３は、非酸化性
でかつ乾留残渣５１の部分酸化によって高温（８００〜
１２００℃）になっている。この中カロリーガス５３は
上昇し、乾留残渣５１の上側に堆積している、乾留前の
熱分解残渣５０の周囲は、非酸化性でかつ高温の中カロ
リーガス５３の雰囲気となる（以下、非酸化反応帯５４
という）。この非酸化反応帯５４では、中カロリーガス
５３の顕熱によって熱分解残渣５０が加熱乾留され、乾
留ガスが発生すると共に乾留残渣５１が得られる。発生
した乾留ガスは、酸化反応帯で発生した中カロリーガス
５３と共に、図１に示す回収管３１を介して回収され
る。ここで発生する乾留ガスは、第１熱処理工程で発生
した高カロリーガスが発生し終わった後なので水素を主
成分とする高濃度水素ガスである。

【００５１】上述の酸化反応帯５２での部分酸化で得ら
れた固形燃料を、図１に示す固形燃料ダンパー３３、３
４により少しずつ回収することにより、非酸化反応帯５
４で得られた乾留残渣５０が自重により徐々に酸化反応
帯５２に移行する。回収した固形燃料の量に応じて、シ
ャフト炉型反応器３０に熱分解残渣５０を供給すること
により、連続的に乾留および部分酸化を行うことができ
る。

【００５２】なお、固形燃料・燃料ガス製造装置１０の
操業開始時は、シャフト炉型反応器３０内に熱分解残渣
５０を供給して一定量貯留する。この段階でシャフト炉
型反応容器３０の下部に酸素含有ガスを供給し、熱分解
残渣５０を部分酸化して、熱分解残渣５０の燃焼により
発生する高温の非酸化性ガスを利用して、非酸化反応帯
５４を形成し、熱分解残渣５０の乾留を開始する。

【００５３】図５は、図１に示す固形燃料・燃料ガス製
造装置１０の変形例を示す概略図である。この変形例で
は、ガス／残渣分離部２４の底部と、残渣ダンパー２
８、２９の間に、ダブルロール式成形器７０が配置され
ている。このダブルロール式成形器７０により、第１熱
処理工程で得られた熱分解残渣を成形した後に、残渣ダ
ンパー２８、２９を介してシャフト炉型反応器３０に供
給する。この熱分解残渣の成形により、熱分解残渣の粒
度が揃えられ、かつ、強度が高められるため、第３熱処
理工程で均一な部分酸化が可能になると共に、最終的に
得られる固形燃料の粒度が均一になり使用しやすくな
る。また、成型によって固形燃料の強度が高まるため、
所望の強度の固形燃料を得るために使用する原料石炭の
品位を下げることができ、経済的な効果も得られる。

【００５４】以上説明したように図１に示す固形燃料お
よび燃料ガス製造装置１０での固形燃料および燃料ガス
製造方法では、部分酸化・乾留用反応器としてシャフト
炉型反応器３０の非酸化反応帯５４での第２熱処理工程
での熱分解残渣の加熱・乾留は、同酸化反応帯５２での
第３熱処理工程で発生した非酸化性の中カロリーガスの
雰囲気中で中カロリーガスの顕熱を利用して行われる。
すなわち、上記説明した通り、本発明の第３熱処理工程
では、第２熱処理工程で得られた乾留残渣の部分酸化を
行い、一酸化炭素を豊富に含む中カロリーガスが発生す
る。この中カロリーガスは、非酸化性であると共に８０
０〜１２００℃の高温である。この中カロリーガスの顕
熱を第２熱処理工程での乾留に利用する。これと同時
に、中カロリーガスにより乾留の周囲雰囲気を非酸化性
にしている。この場合、第３工程で発生した中カロリー
ガス２０は、第２熱処理工程で利用した後に回収され
る。回収された中カロリーガス２０のうち第３熱処理工
程で発生した一酸化炭素および水素が大部分を占めてい
る。第３熱処理工程での中カロリーガスの発生は、主に
乾留残渣の一部の燃焼、および、酸素含有ガス中に水蒸
気が含まれている場合には水蒸気によるガス化によるた
め、熱分解残渣の燃焼がない第２熱処理工程の乾留で発
生する乾留ガスよりも量が多くなるからである。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の固形燃料および燃料ガス製造
装置を用いた固形燃料および燃料ガスの製造の実施例に
ついて説明する。実施例１コークス、軽質タール、高カロリーガスおよ
び中カロリーガスの製造図１に示す固形燃料および燃料ガス製造装置１０を用い
て、コークス、軽質タール、高カロリーガスおよび中カ
ロリーガスの製造を行った。まず、原料の石炭としてウ
イットバンク炭を、１時間当たり１００ｋｇの速度で、
石炭ホッパー１１からボールミル１２に供給した。一
方、液状炭素含有物質としてコールタールを、１時間あ
たり１５０ｋｇの速度で、タンク１３からプランジャー
ポンプ１４によりボールミル１２に供給した。ボールミ
ル１２で、ウイットバンク炭の粉砕並びにウイットバン
ク炭およびコールタールの混合を行ない、スラリーを得
た。

【００５６】得られたスラリーを押し出しポンプでサー
ビスタンク１５に導入して、一時貯留した。サービスタ
ンク１５内は石炭の膨潤固化が起こらないように１００
℃未満に維持した。

【００５７】次に、サービスタンク１５からスラリーを
二軸スクリューポンプ１６により、向流型二重管式熱分
解反応器１７の内管部１８内に供給した。内管部１８内
を移送する間にスラリーは６００℃まで加熱され、高カ
ロリーガスと軽質油としての軽質タールが発生した。こ
こで発生した高カロリーガスおよび軽質油の混合物は、
ガス／残渣分離部２４を経て、ガス導出管２５に流入
し、支管２６、２７を通じて別々に回収された。

【００５８】一方、熱分解残渣は、順次送り込まれるス
ラリーによりガス／残渣分離部２４に押し出され、その
底部に一時的に蓄積された。この熱分解残渣を、ガス／
残渣分離部２４の底部から、残渣ダンパー２８、２９を
介して、シャフト炉型反応器３０内に供給した。シャフ
ト炉型反応器３０では、上述のように、酸素含有ガスと
して酸素および水蒸気を、シャフト炉型反応器３０の下
部に供給し、熱分解残渣の乾留および１２００℃での乾
留残渣の部分酸化を行った。この結果、シャフト炉型反
応器３０の炉頂から中カロリーガスを、その底部から固
形燃料であるコークスを回収した。

【００５９】比較例１、２比較例１として、熱分解反応器として図６に示すバッチ
式熱分解反応器６１を用いた、コークス、軽質タール、
高カロリーガスおよび中カロリーガスの製造を行った。
なお、図６中、図１と同じ符号は図１と同じものを示
す。まず、実施例１と同様に、原料石炭としてウイット
バンク炭を、石炭ホッパー１１からボールミル１２に供
給し、液状炭素含有物質としてコールタールを、タンク
１３からプランジャーポンプ１４によりボールミル１２
に供給した。ボールミル１２で、ウイットバンク炭の粉
砕並びにウイットバンク炭およびコールタールの混合を
行ない、スラリーを得た。このスラリーをサービスタン
ク１５に一時貯留した。

【００６０】次に、サービスタンク１５からスラリーを
バッチ式（釜型）熱分解反応器６１に供給した。スラリ
ーは、１バッチあたり２５０ｋｇを処理した。このバッ
チ式熱分解反応器６１において、スラリーは６００℃ま
で加熱され、高カロリーガスと軽質油としての軽質ター
ルが発生した。ここで発生した高カロリーガスおよび軽
質油の混合物は、ガス導出管６２に流入し、支管６３、
６４を通じて、高カロリーガスおよび軽質タールが別々
に回収された。

【００６１】一方、バッチ式熱分解反応器６１内に残さ
れた熱分解残渣を取り出して、実施例１と同じシャフト
炉型反応器３０内に供給した。シャフト炉型反応器３０
では、実施例１と同様に、熱分解残渣の乾留および１２
００℃での乾留残渣の部分酸化を行った。この結果、シ
ャフト炉型反応器３０の炉頂から中カロリーガスを、そ
の底部から固形燃料であるコークスを回収した。

【００６２】比較例２として、図７に示す半連続式（デ
ィレードコーカー型）熱分解反応器７１を用いた、コー
クス、軽質タール、高カロリーガスおよび中カロリーガ
スの製造を行った。なお、図７中、図１と同じ符号は図
１と同じものを示す。

【００６３】原料石炭としてウイットバンク炭を、石炭
ホッパー１１からボールミル１２に供給し、液状炭素含
有物質としてコールタールを、タンク１３からプランジ
ャーポンプ１４によりボールミル１２に供給した。ボー
ルミル１２で、ウイットバンク炭の粉砕並びにウイット
バンク炭およびコールタールの混合を行ない、スラリー
を得た。このスラリーをサービスタンク１５に一時貯留
した。

【００６４】次に、サービスタンク１５からスラリー
を、半連続式（ディレードコーカー型）熱分解反応器７
１の第１反応容器７２に供給した。この反応容器７２内
でスラリーは６００℃に加熱され、軽質タールおよび高
カロリーガスが発生した。ここで発生した高カロリーガ
スおよび軽質油の混合物はガス導出管７３に流入し、支
管７４、７５を通じて、高カロリーガスおよび軽質ター
ルが別々に回収された。

【００６５】このように第１反応容器７２で熱分解処理
が行われている最中に、第２反応容器７６にスラリーを
供給した。第１反応容器７２での熱分解処理終了後、第
２反応容器７６で同様の熱分解処理行い、高カロリーガ
スおよび軽質タールを得た。

【００６６】この半連続式熱分解反応器７１では、スラ
リーの供給速度は１時間当たり２５０ｋｇであった。一
方、半連続式熱分解反応器７１内に残された熱分解残渣
を取り出して、実施例１と同じシャフト炉型反応器３０
内に供給した。シャフト炉型反応器３０では、実施例１
と同様に、熱分解残渣の乾留および１２００℃での乾留
残渣の部分酸化を行った。この結果、シャフト炉型反応
器３０の炉頂から中カロリーガスを、その底部から固形
燃料であるコークスを回収した。以上の実施例１、比較
例１、２でのスラリーの供給速度、処理量、石炭処理
量、コールタール処理量、熱分解温度および総処理時間
を表１に示す。

【００６７】

【表１】また、実施例１および比較例１、２でのシャフト炉型反
応器３０での熱分解残渣の処理量、酸素送風量、水蒸気
供給量および処理温度を表２に示す。

【００６８】

【表２】

【００６９】また、実施例１および比較例１、２での軽
質タールの発生量、高カロリーガスの発生量および発熱
量、中カロリーガスの発生量および発熱量並びにコーク
スの発生量を表３に示す。

【００７０】

【表３】

【００７１】また、実施例１および比較例１、２の熱分
解工程の投入熱量原単位は、以下の通りであった。実施例１２９０Ｍｃａｌ／ｔ−ＴＣＭ^* 比較例１３５０Ｍｃａｌ／ｔ−ＴＣＭ比較例２３２０Ｍｃａｌ／ｔ−ＴＣＭ^* ＴＣＭ：石炭／タール混合物（Ｔａｒ−ＣｏａｌＭ
ｉｘｔｕｒｅ）さらに、実施例１および比較例１、２で得られたコーク
スのドラム強度のばらつきを、表４に示す。

【００７２】

【表４】

【００７３】以上のように、実施例１の向流型二重管式
熱分解反応器１７を用いたコークス、軽質タール、高カ
ロリーガス及び中カロリーガスの製造では、次のような
効果があることが確認された。すなわち、表１から明ら
かなように、比較例１のバッチ式熱分解反応器６１や比
較例２の半連続式熱分解反応器７１を用いた場合に比べ
て、総処理時間が短縮できた。また、実施例１での熱分
解工程の投入熱量原単位が、比較例１、２に比べて低か
った。さらに、得られたコークスのドラム強度のばらつ
きが、実施例１の方が比較例１、２にくらべて小さくな
った。

【００７４】また、熱分解反応器を連続式としたことに
より、バッチ式または半連続式の装置よりも、熱分解残
渣の顕熱を後段の部分酸化・乾留工程でより効率的に利
用することができる。

【００７５】実施例２ないし５および比較例３図１に示す二重管式熱分解反応器１７の内管部１８を種
々変更して、実施例１と同様の手順で、コークス、軽質
タール、高カロリーガスおよび中カロリーガスの製造を
行った。

【００７６】実施例２として図３（Ｂ）に示す拡径部４
１を有する内管部（以下、テーパー型という）であっ
て、拡径部４１の最大内径Ｄが、小径部４２の内径ｄの
１．１倍であるものを用いた。また、実施例３として、
図３（Ａ）に示す大径部４０を有する内管部（以下、異
径管接続型という）であって、大径部４０の内径Ｄが、
小径部４２の内径ｄの１．１倍であるものを用いた。ま
た、実施例４として、実施例２と同様のテーパー型の内
管部であって、拡径部４１の最大内径Ｄが、小径部４２
の内径ｄの２．０倍であるものを用いた。さらに実施例
５として、実施例３と同様の異径管接続型の内管部であ
って、大径部４０の内径Ｄが、小径部４２の内径ｄの
２．０倍であるものを用いた。比較例３としては、内径
が実施例２ないし５の小径部の内径ｄと等しい直管から
なる内管部を用いた。

【００７７】表５に、実施例２ないし５および比較例３
での安定操業が可能な最高温度、軽質タールの発生量、
高カロリーガスの発生量および発熱量、並びに、熱分解
残渣の発熱量を示す。

【００７８】

【表５】

【００７９】表５から明らかなように、実施例２ないし
５のように内管部１８に大径部４０や拡径部４１を設け
たことにより、安定操業が可能な最高温度が比較例３に
比べて高くなることが確認された。また、実施例２およ
び３から、大径部４０および拡径部４１の内径Ｄは、小
径部４２の内径ｄの１．１倍すなわち１１０％の場合に
も十分効果があることが確認されたが、内径Ｄが内径ｄ
の２．０倍である実施例４、５の場合の方がより効果が
高いことが確認された。

【００８０】また、実施例２ないし５および比較例３の
内管部を用いた向流型二重管式熱分解反応器１７での熱
分解温度を５００℃に設定し、向流型二重管式熱分解反
応器１７における詰まり回数と、部分酸化・乾留炉とし
てのシャフト炉型反応器３０での棚つり回数を調べた。
この結果を表６に示す。

【００８１】

【表６】

【００８２】表６から明らかなように、実施例２ないし
５のように内管部１８に大径部４０や拡径部４１を設け
たことにより、比較例３に比べて、向流型二重管式熱分
解反応器１７での詰まり回数およびシャフト炉型反応器
３０での棚つり回数を大幅に減少させることができるこ
とが分かった。また、実施例２および３から、大径部４
０および拡径部４１の内径Ｄは、小径部４２の内径ｄの
１．１倍すなわち１１０％の場合にも十分効果があるこ
とが確認されたが、内径Ｄが内径ｄの２．０倍である実
施例４、５の場合の方が、向流型二重管式熱分解反応器
１７での詰まり回数の減少の効果が高いことが確認され
た。

【００８３】なお、比較例３は、高温の熱分解温度では
実施例２ないし５に比べて劣っているけれども、低温の
熱分解温度では操業上問題がなく、本発明の技術的範囲
に包含されることは言うまでもない。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固形燃料
および燃料ガスの製造のための熱分解反応器は、内管部
内を移動する石炭および液状炭素含有物質の混合物を、
内管部および外管部の間の加熱空間を流れる加熱用ガス
で間接的かつ連続して加熱しているので、短時間でかつ
安定して混合物を熱分解し、軽質油および高カロリーガ
スを高効率で得ることができる。

【００８５】また、本発明の固形燃料および燃料ガスの
製造のための部分酸化・乾留用反応器は、その下部から
酸素含有ガスを供給して乾留残渣を部分酸化し、その上
部で、部分酸化で発生した高温かつ非酸化性の中カロリ
ーガスの雰囲気中で熱分解残渣を乾留しているので、高
効率で中カロリーガスが得られると共に、質の高い固形
燃料を得ることができる。

【００８６】また、本発明の固形燃料および燃料ガス製
造装置によれば、熱分解反応器で、内管部内を移動する
石炭および液状炭素含有物質の混合物を、内管部および
外管部の間の加熱空間を流れる加熱用ガスで間接的かつ
連続して加熱しているので、短時間でかつ安定して混合
物を熱分解し、軽質油および高カロリーガスを高効率で
得ることができる。さらに、熱分解反応器で得られた熱
分解残渣を部分酸化・乾留用反応器に導入し、部分酸化
・乾留用反応器では、その下部から酸素含有ガスを供給
して乾留残渣を部分酸化し、その上部で、部分酸化で発
生した高温かつ非酸化性の中カロリーガスの雰囲気中で
熱分解残渣を乾留しているので、高効率で中カロリーガ
スが得られると共に、質の高い固形燃料を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る固形燃料および燃
料ガス製造装置を示す概略図。

【図２】図１に示す固形燃料および燃料ガス製造装置の
向流型二重管式熱分解反応器を示す概略図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、内管部の一
例を示す概略図。

【図４】図１に示す固形燃料および燃料ガス製造装置の
シャフト炉型反応器を示す概略図。

【図５】図１に示す固形燃料および燃料ガス製造装置の
変形例の要部を示す概略図。

【図６】比較例１に係るバッチ式熱分解反応器を含む固
形燃料および燃料ガス製造装置を示す概略図。

【図７】比較例２に係る半連続式熱分解反応器を含む固
形燃料および燃料ガス製造装置を示す概略図。

【符号の説明】

１１…石炭ホッパー、１２…ボールミル、１３…タン
ク、１４…プランジャーポンプ、１５…サービスタン
ク、１６…二軸スクリューポンプ、１７…向流型二重管
式熱分解反応器、１８…内管部、１９…外管部、２０…
加熱空間、３０…シャフト炉型反応器。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/46 Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｍ 3/48 3/48 3/50 3/50 3/72 3/72 ＣＪＣ１０Ｋ 3/00 Ｃ１０Ｋ 3/00 Ｃ１０Ｌ 3/06 Ｃ１０Ｌ 5/00 5/00 6958−4Ｈ 3/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭および液状炭素含有物質の混合物を
熱分解して軽質油、高カロリーガスおよび熱分解残渣を
得る熱分解反応器であって、内部を前記混合物がその入口側から出口側に向かって移
動する内管部と、前記内管部の外周を囲むようにして設けられ、前記内管
部との間に加熱用ガスが前記内管部の出口側から入口側
に向かって流れる加熱空間を規定する外管部とを具備す
ることを特徴とする熱分解反応器。
【請求項２】内管部の出口側端部の内径が前記内管部
の入口側端部の内径よりも大きい請求項１記載の熱分解
反応器。
【請求項３】内管部の出口側端部に前記内管部の入口
側端部の内径よりも大きい内径を有する大径部が形成さ
れている請求項１または２記載の熱分解反応器。
【請求項４】混合物の温度が混合物中のピッチ分の再
固化温度以上になる加熱空間の領域内の前記内管部に大
径部が形成されている請求項３記載の熱分解反応器。
【請求項５】大径部の内径が、内管部の入口側端部の
内径の１１０ないし２００％である請求項３または４記
載の熱分解反応器。
【請求項６】内管部の出口側端部に、前記内管部の入
口側から出口側に向かって内径が拡大する拡径部が形成
されている請求項１または２記載の熱分解反応器。
【請求項７】混合物の温度が混合物中のピッチ分の再
固化温度以上になる加熱空間の領域内の前記内管部に拡
径部が形成されている請求項６記載の熱分解反応器。
【請求項８】拡径部の最大内径が、内管部の入口側端
部の内径の１１０ないし２００％である請求項６または
７記載の熱分解反応器。
【請求項９】石炭および液状炭素含有物質の混合物の
熱分解により得られた熱分解残渣を乾留および部分酸化
して中カロリーガスおよび固形燃料を得る部分酸化・乾
留用反応器であって、中空状の本体と、前記本体の上端部に設けられた前記本体内に前記熱分解
残渣を供給するための供給機構と、前記本体の下端部に設けられた前記固形燃料を排出する
ための排出機構と、前記本体内の下部に酸素含有ガスを供給するための酸素
含有ガス供給手段とを具備することを特徴とする部分酸
化・乾留用反応器。
【請求項１０】石炭および液状炭素含有物質の混合物
を熱分解して、軽質油、高カロリーガスおよび熱分解残
渣を得た後、前記熱分解残渣を乾留および部分酸化し
て、中カロリーガスおよび固形燃料を得る固形燃料およ
び燃料ガス製造装置であって、内部を前記混合物がその入口側から出口側に向かって移
動する内管部と、前記内管部の外周を囲むようにして設
けられ、前記内管部との間に加熱用ガスが前記内管部の
出口側から入口側に向かって流れる加熱空間を規定する
外管部とを有する熱分解反応器、および、中空状の本体と、前記本体の上端部に設けられた前記本
体内に前記熱分解残渣を供給するための供給機構と、前
記本体の下端部に設けられた前記固形燃料を排出するた
めの排出機構と、前記本体内の下部に酸素含有ガスを供
給するための酸素含有ガス供給手段とを有する部分酸化
・乾留用反応器を具備することを特徴とする固形燃料お
よび燃料ガスの製造装置。