JPS5817794B2 - 石炭のガス化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動層による石炭のガス化方法に係り、特に
微粉の損失を抑えて石炭の歩留りを向上させるのに好適
な石炭のガス化方法に関する。

近年のエネルギ危機な背影とし、石炭からクリーンな低
カロリガスあるいは高カロリガスを製造する、いわゆる
石炭ガス化技術の開発が進められている。

なかでも流動層方式によるものは、将来のガス化炉に要
求される大容量、高効率化に適しており、有望な技術の
一つである。

ところが流動層では、粒子の飛散によるカーボン損失、
およびこれを抑制するだめ石炭の前処理段階で行なう分
級による歩留りの低下等、石炭の完全利用のために障害
となる問題がある。

一般に、固形物の粉砕機から排出する粒子は広い粒径分
布幅を有しており、流動層で使用する粒径を得ようとす
る通常の微粉砕機では数＋μｍから数叫の粒径となる。

このような分布ｍｌ有する粒子をそのま捷流動層に供給
すると、流動層では大きい粒子を充分に流動化させるガ
ス空塔速度で運転するため、このガス速度は微粒子が飛
散し、特に分布幅の広いものは多大な損失を招く。

そこでサイクロン等の捕集器で飛散粒子を回収し、再び
ガス化炉へ戻し燃焼させる等の対策がなされているが、
本来飛散するような微粒子はガス化炉とサイクロンとの
間を循環するだけで系内に蓄積され、流動層の密度や粒
子径を刻々変化させ長期の安定運転を困難とする。

ガス化炉におけるこのような問題を低減するだめ、粉砕
機からの粒子を分級し、微粒子を取り除いてガス化炉に
供給する方法も実施されているが、石炭の歩留りを悪く
する。

しかもこのような微粒子は直接ボイラで燃焼する以外有
効な利用方法はなく、石炭ガス化プラント全体から考え
た場合、設備費の高騰、公害防止対策の点で合理的では
ない。

一方、流動層−基当りの石炭処理能力を大きくするだめ
の最も基本的なことは、ガス化剤であるスチーム、酸素
をどれだけ多量に供給できるかであるが、これは高圧化
を図ること、またはガス空塔速度を増大させることで可
能である。

同じ圧力であればガス空塔速度が大きいほど、すなわち
粒子径の大きい流動層はど処理能力は大きい。

ところが、分布幅の広い粒子径の場合には、大きなガス
空塔速度のだめ飛散する粒子の割合も増大し、微粒子の
損失につながる。

ガス空塔速度を犬きくして処理能力を上げるためには、
粒径分布が狭いことまたは微粒子の割合が少ないことが
前程となる。

本発明の目的は、広い分布幅を有する石炭粒子を歩留り
よくガス化する石炭のガス化方法を提供するにある。

本発明は、石炭と重質油とを混合して高温の流動層内に
噴霧状に供給すると、石炭の微粒子が一定の大きさに亨
粒され、この造粒径は混合前の石炭粒径や噴霧ミスト径
でなく流動層内の粒子径に支配されることを実験的に見
出すとともに、この造粒された粒子は一定の粒径分布を
維持し、安定な連続運転が可能であることを実証し、こ
れらの知見に基づいてなされたものである。

このような造粒効果と粒径分布の安定現象について以下
説明する。

本発明では、石炭と重質油とをスラリ状にし、ノズルに
より噴霧状に流動層内に吹き込まれ、ために噴霧ミスト
は流動層内の高温粒子に付着して急速に熱分解を受ける
。

この際、石炭と重質油相方から生成する液状生成物の一
部がコークス化することで石炭と石炭とを付着させる。

一方、造粒された粒子が次第に大きくなって粗粒化しな
いのは以下の理由による。

すなわち、熱分解は単時間に完了するため、ある程度造
粒された粒子はそれ以上の付着力がなく、他の造粒粒子
とは結合しない。

また、流動層内では激しく粒子が動いているため、単時
間に供給口付近から、既に熱分解が完了した粒子相に移
動するので、それ以上は造粒が進まない。

さらに重要なことは、噴霧状で供給するため、噴霧ミス
トが流動層内粒子の一つ一つに均一に付着することであ
る。

このため、流動層で形成される粒子の粒径分布は、元来
流動層内に存在する粒子の粒径分布で決定される。

このことは、供給する粒子が広い分布幅を持っていても
、流動層内の粒子径が均一であれば、層内では極めて狭
い分布幅の粒子を形成することを意味する。

かくして、スラリを供給する前の流動層内に均一の粒子
を入れておけば、スラリを供給後も連続的にこの分布を
持った粒子が形成される。

以下、本発明を図面によってさらに詳述する。

第１図は本発明を実施するのに最適な石炭・重質油スラ
リガス化装置の流れ図を示し、図において１はスラリ粗
炭、２は重質油である。

これらはスラリタンク３に供給されて１５０ないし２０
０℃で攪拌混合される。

調整したスラリ４はスラリポンプ５でガス化炉６に供給
される。

スラリ４は噴霧スチーム７による２流体ノズルで流動層
内に直接吹き込まれる。

ガス化剤としては酸素（または空気）８、スチーム９を
用い、ガス化炉６の下部から供給される。

ガス化炉６内でスラリ４をまず熱分解し、分解ガス、タ
ール、チャーを生成させる。

チャーは部分燃焼してＣ０９Ｈ２，ＣＯ２等のガスを発
生させるとともに、その燃焼熱が分解に必要な熱源とな
る。

灰分（またはチャー）１０はガス化炉６下部より抜き出
され、生成したガス１８はサイクロン１１、スクラバ１
２、冷却器１３等を通して微粉（サイクロンチャー）１
４、液状生成物（タール、排水）１５、ダスト、ミスト
な除去する。

ガス化炉６の起動は、まずプロパンの燃焼によるガス化
炉６の昇温から行なう。

続いて流動層を形成するため石炭ホッパ１６より初期充
填粒子として石炭（またはチャー）１７を供給する。

これと同時にプロパンをガス化剤に切換え、石炭（また
はチャー）の燃焼によりさらに昇温する。

所定の流動層高に達したら石炭（またはチャー）の供給
を停止し、スラリ４の供給に切換え、以後定常運転に入
る。

石炭と重質油との混合割合は、石炭に対する重質油の重
量比を７０係以上とするか、または石炭に対する重質油
の体積割合を１０割以上とする。

重質油をこれ以下にするといわゆるスラリの状態でなく
なり、配管内、ノズル内等を円滑に流すことが不可能と
なる。

前記初期充填炭１７の粒径分布は流動層内粒子の粒径分
布を決定する重要な因子であり、層内粒子の分布幅を小
さくするため可及的均一な分布にするのが望ましい。

まだ、粒子径は大きいほど好ましい。

これはガス空塔速度を大きくできる、すなわちスチーム
９や酸素８を多量に供給できるようになり、これに見合
って原料の供給量も増加できるので、ガス化炉６の処理
能力を上げられるからである。

なお第１図において、１９は灰分ホッパ、２０は分離タ
ンク、２１はスクラバポンプである。

一方、スラリ粗炭１には微粉砕された粒子をそのまま使
用する。

しかしスラリ４は、第２図に示すように２流体ノズルで
噴霧するため、スラリ供給ノズル２２で閉塞しない粒子
径が必要である。

このためには１問以下の粒子が好ましい。

これ以上の粒子が含まれると、スラリノズル２２や噴霧
ノズル２３の先端で閉塞しやすい。

閉塞させないためにはノズル径りを犬きぐすればよいが
、これは噴霧スチーム量の増大を招き、ユーティリティ
の低減から好ましくない。

第２図のノズルで良好な噴霧を行なうためには、ノズル
内のスチーム速度を８０ｍ／ｓ以上にする必要がある。

またスチームとスラリとの重量比によっても噴霧状態は
変化するが、スラリ１に対してスチームは０．２５ない
し０．３の範囲が好ましい。

この範囲以下にすると、良好な噴霧が行なえず、スラリ
はミスト状となってノズルから排出されない。

またこの範囲以上にしても噴霧状態には変化なく一定の
粒径分布を示す。

第３図はその一定となった場合の粒径分布を示し、横軸
Ｘは粒子径、縦軸Ｙは累積重量頻度を表わし、また黒丸
グラフはスラリ粗炭、白丸グラフは噴霧ミストをそれぞ
れ示す。

第３図から噴霧粒子の粒径分布は、スラリ用層の粒径分
布に極めて近いことが判る。

なお、本結果は、重質油としてガツチサラン減圧残渣を
用い、石炭１に対して２の割合で混合したスラリによる
。

本出願人は、以上のガス化装置、噴霧ノズルを用いてガ
ス化試験を行ない以下の結果を得た。

第１表はガス化条件と生成ガス組成との一例をまた第２
表は各試験における原料と生成チャーの□粒径分布結果
を示す。

また第４図は、サイクロン、灰分ホッパ、ガス化炉内か
らサンプリングした粒子の粒径分布をスラリを供給して
から経時的に調べだ結果を示し、図において横軸Ｔは経
過時間を、また縦軸ＷＵ重量割合をそれぞれ表わす。

この第４図は後述する試■の結果であり、以下これにつ
いて説明する。

スラリ供給後４時間位までは粒径が小さい方に変化しそ
いるが、その後は一定の分布を維持している′ことが判
る。

このことから、スラリ供給直後は、初期充填炭を核とし
て一定の粒子が形成されるが、ガス化炉内のチャーを抜
き出し新しいスラリと初期充填炭を置き換えていっても
、粒子は初期に形成された径１分布幅を維持することを
示している。

このように一定となった粒径分布を前記第２表にまとめ
て示しである。

試■は初期充填炭とスラリ粗炭で同じ粒径分布の粒子を
使用した試験である。

この結果、ガス化炉チャー〇粒径分布は、初期充填炭（
＝スラリ用層）に近くなっている。

サイクロンから回収した粒子は０．０７４ｍｍ以下のも
のが５１．４％占める極めて細かいもので、その収量は
原料スラリ１にｇ当り０．１１Ａ７である。

この微粒子はこのまま系外に捨てられるとすると、原料
に対し１１係の損失となる。

試■はスラリ粗炭の粒径をそのままにし、初期充填炭の
分布幅を試■より狭くした場合である。

０．４２ないし１．０園が９４．７％占める初期充填炭
と、０．４２ないし１．０ｔＩｒｊｒＬが４４．８％、
０．２５ないし０．４２ｍｍが１８．６％占めるスラリ
粗炭に対し、ガス化炉内のチャーは０．４２ないし１．
Ｏｒｒｖｎが６８％、０．２５ないし０．４２ｒｒｖ
ｎが２７．８ ％とスラリ粗炭よりも充填用炭に近づい
ている。

しかも試Ｉの場合、２７．１ ％あった０、１４９ｍｍ
以下の粒子が試■では３．０係と激減しており、初期充
填炭の粒径分布の影響が極めて強いことを示している。

さらに、サイクロンから回収したチャーを調べてみると
、粒径分布自身は試■と大きな差はないが、収量はスラ
リ１均に対し０．０４ｋｇと少なく、ガス化炉に噴霧さ
れた直後に生成されるチャー自身に微粒子が少ないこと
を示している。

ここで使用した初期充填炭は０．４２ないし１．０閣が
９５係を占めるが、これより幅を広げ０．２５ないし１
．０ＷｒＩｒＬが９８係を占める初期充填炭の場合には
、サイクロンからの回収量が９係と試Ｉに近く、初期充
填炭の分布幅は狭いほど好ましいことが示された。

試■は試■と同様な分布幅であるが、粒径の大きい粒子
を使用した場合である。

１ないし２．８３ｍｍが９６係占める初期充填炭とこれ
までと同様なスラリ炭を用いた結果、スラリ粗炭には全
く存在しない１．０ないし２．８３問が３９．９係占め
、０．４２ないし１．０閣も５４．６％存在している。

またサイクロンからの収量もｏ、 ０５ ｋｇ／ｋｇ・
スラリと試■と同様であった。

したがって、試■の結果と考え合わせ、幅の狭い粒径分
布を形成し、癩蔽量を少なくするには、初期充填炭の粒
子の下限と上限の粒径比を３以下（試■では２．４．試
■では２．８）にする必要がある。

試■では流動層内で形成される粒子が大きいため、ガス
空塔速度を７７．６ｃル４と試■、■の約２．９倍にし
た。

これは、同じ粒径のスラリ炭を用いても初期充填炭を犬
きくするだけで、ガス空塔速度が大きくできることを示
しており、ガス化炉処理量の増大に極めて有効である。

以上説明したように本発明実施の態様によれば、原料と
して微粉炭をそのま１使用できるので、石炭の歩留りを
向上でき、プラント全体のエネルギ効率を向上させるこ
とができる。

まだ、原料に小さい粒径の石炭を使用しても大きなガス
空塔速度でガス化できるため、ガス化剤を多量に供給し
てガス化炉の処理量を増大させることができる。

なお前記実施の態様では初期充填炭として石炭を用いた
場合について説明したが、これに限らず石炭を乾留した
チャーあるいは他の固形炭化水素を使用してもよい。

また重質油には減圧残渣油以外にも重油あるいは石炭の
ガス化、液化等で生成した液状炭化水素等を使用しても
よい。

以上本発明を好適な実施の態様によって説明したが、本
発明によれば、広い分布幅を有する石炭粒子を歩留りよ
くガス化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭・重質油スラリガス化装置の流れ図、第２
図はスラリ噴霧ノズルの断面図、第３図はスラリ噴霧粒
子の粒径分布を示すグラフ、第４図は連続ガス化試験に
おいて各所からサンプリングしたチャーの粒径分布の変
化を示すグラフである。 １・・・スラリ粗炭、２・・・重質油、４・・・スラリ
、７・・・噴霧スチーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１配以下に粉砕した石炭に対して重量比で７０係以上
   の重質油を混合したスラリを、予め前記石炭粒径より犬
   きく、かつ上限と下限との粒径比が２ないし３となる粒
   径分布を有する石炭まだはチャーを流動化させた流動層
   に、噴霧状に供給することを特徴とする石炭ガス化方法
   。