JPS5851984B2 - 微細固体燃料の熱処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料の包括的処理技術に関し、さらに詳細に
は、微粉固体燃料の熱的処理法に関する。

本発明の方法は、合成液体燃料を含む輸送可能な燃料、
電力の製造ならびに化学的および工業的出発原料の製造
に有効である。

燃料を加熱するための熱伝達剤として、二室反応器の第
−室で燃料ガスにより加熱された直径１０〜１２１ｒｔ
ｒＩｔのコランダムビーズを使用する固体燃料の熱処理
法が当業界で知られている。

固体の熱い熱伝達剤が頂部から連続的に供給される第二
室では、ガスおよび蒸気の混合物中を熱伝達剤の密集し
た床を通って上方に向って上昇する微粉固体燃料の加熱
、後乾燥、コークス化および部分ガス化のような工程が
実施される。

商業的生成物として、熱いコークス微粉、樹脂およびガ
スが得られる（Ａ 、Ｌ 、Ｐｅｒｅｐｅｌｉｔｓａ
ｅｔ ａｌ、’ＵｓｅｏｆＳｏｌ ｉｄ Ｈｅａｔ Ｔ
ｒａｎｓｆｅｒ Ａｇｅｎｔ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｋｉｎｇ ｏｆ Ｉ
ｒｋｕｔｓｋ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏａｌｓ“参照）０ 固体燃料と混和しないより大きい粒子の熱い固体熱伝達
剤（砂、ペレット等）の下方に移動する向流の熱のため
に加熱される固体燃料の懸濁ガス流を上方に供給する固
体燃料の熱処理法が当業界で知られている。

固体燃料と共に、水蒸気が反応器に装入され、熱分解と
同時に、石炭のガス化も起る。

熱伝達剤は、熱分解およびガス化生成物と混和しない燃
料ガスにより加熱される（ＵＳＳＲ発明者証嵐８２４９
２参照）。

この従来技術法は、熱分解生成物を水蒸気および水性ガ
スで希釈することを特徴とし、その結果、熱分解生成物
の精製および利用を複雑にし、手の込んだ処理装置の使
用を必要としている。

石炭を予備乾燥し、それを第一熱分解帯域で煙道ガスの
熱により５００’Ｃに加熱して微細コークスを生成し、
次いで、上記微細コークスを第二熱分解帯域に供給し、
そこでガス状熱伝達媒体により１，０００°Ｃに加熱し
、残留熱分解生成物を取得し、次いでその熱分解生成物
を分離して商業的製。

品として取り出すことを包含する固体燃料、すなわち石
炭の熱処理がが知られている（ＵＳＳＲ発明者証Ａ３３
５２６７参照）。

この従来技術法は、燃料、すなわち熱分解およびガス化
の結果生じる微細コークスの固体残渣を灰分と共に動力
装置のボイラーの燃焼室で一般に使用するということを
特徴としており、そのため、有害な硫黄および窒素酸化
物および灰粒子で環境にスラグを生ぜしめ、かつ環境を
汚染することにより動力装置（ボイラー）の運転に問題
を生ぜしめ、また、工程で貴重な有機生成物の収率は低
く、これらの生成物は無益な夾雑物で希釈される。

本発明の目的は、所望生成物の収率を増大させかつその
品質を改良すると同時に、熱処理法の効率および強化を
増大させるこである。

本発明の他の目的は、動力装置のボイラーにスラグが生
成することを排除しかつ大気を有害な廃ガスで汚染する
のを防止することである。

この目的は、微粉固体燃料を乾燥する工程、この固体燃
料を二段熱分解する工程、および生成ガス−蒸気生成物
を分離する工程を含む微粉固体燃料を熱処理する方法に
おいて、上記燃料の乾燥を、熱微細コークスの一部によ
り行い、同時に、残りの微細コークスの少なくとも一部
を、ガスおよび（または）上記微細コークスの部分燃焼
により８００−１，５００℃にさらに加熱し、その後加
熱微細コークスをガスと分離し、そして上記燃料の乾燥
で生じた水蒸気によりガス化し、次いで、生成ガス化生
成物を微細コークスと分離し、このコークスを熱伝達媒
体として第一熱分解工程に供給する、ことを特徴とする
上記方法により遠戚される。

本発明による方法は、高能率を特徴とし、すなわち、微
細コークスを使用し、燃料水分から水蒸気を生成してこ
れをガス化工程で使用するために高い（最大８４−８８
％）動力効率（ｐｏｗｅｒ ｅ−ｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｆａｃｔ□ｒ）を有し、また、本発明による方法の利点
は、化学的なプロセスおよび動力出発原料の製造に燃料
を包括的に利用することにある。

さらに、本発明による方法によれば、熱伝達媒体の加熱
能力を合理的に使用することが可能になり、その結果、
工程効率が増大する。

熱分解に固体熱伝達剤を使用することにより、すなわち
ガス化の際に冷却される微細コークスにより、穏やかな
温度条件下で、すなわち、熱分解器の第一工程で熱伝達
剤の低減された温度低下を以って熱分解を実施すること
が出来、その結果、急速な熱分解で得られる最も貴重な
液体生成物の収率をより高くすることが出来る。

微細コークスがガス化に過剰量で供給されるという事実
（これは水性ガス反応器の熱収支と関連する）のために
、水蒸気はより高度にかつ強烈に分解され、水性ガス生
成の効率が増大する。

燃料の加熱およびその乾燥工程の強化およびより良い制
御のために、これらの工程を過熱水蒸気流中で行い、か
つ加熱された微細コークスから分離されるガスの一部を
第一熱分解工程に供給することが得策である。

工程の強化および熱分解による貴重な蒸気−ガス生成物
の収率の増大の目的に対しては、固体燃料を最大１．５
間の寸法の粒子に微粉砕することが得策であり、また、
第一熱分解工程へ供給されるガスは最大２容量％の遊離
酸素を含有するのが望ましい。

本発明による方法は、添付図面を参照とする下記の記載
からさらに明らかになるであろう。

そこでは本発明による方法の好ましいフローシートが示
されている。

図面によれば、粒度が１．５山を超さない微細固体燃料
がビン（ｂｉｎ）１からシャフトミル２へ供給され、そ
こへ粉砕および乾燥のために、熱分解から生じる微細コ
ークスの一部が経路４および５を経て入口管３から供給
され、水蒸気が送風機６を通ってシャフトミルに供給さ
れる。

ガス懸濁体が経路７を経てサイクロン８に供給され、こ
のサイクロン８で上記乾燥燃料は分離され、燃料水分か
ら形成された過熱水蒸気は、送風機６により経路９を経
て格子１０を介して水性ガス反応器１１へそして一部は
ミル２に供給される。

しかしながら、燃料の上記乾燥および加熱操作は、水蒸
気の供給なしに行なうことが出来る。

上記乾燥燃料は、中間ビン分配器１２を介して、第一工
程熱分解器１３へ供給され、そこへ、熱伝達剤すなわち
微細コークスまたは混合（固体およびガス）熱伝達剤が
経路１４を経て導入され、そこで燃料は５００〜８００
°Ｃの温度に加熱される。

熱分解生成物は随伴ダスト状微細コークスと共にサイク
ロン１５に放出され、そこで上記微細コークスは分離さ
れ、そして中間ビン１６および１７に送られ、その後熱
分解の熱伝達剤としてまたは商業的に輸送可能な燃料生
成物として使用される。

サイクロン１５からの蒸気−ガス混合物は経路１８を経
て精製および凝縮系へ抜き出され、そこで貴重な液体商
業的生成物およびガスが製造される。

熱分解器１３からの熱い微細コークスの一部は、経路４
を経て管３を通りミル２へ送られ、上記微細コークスの
残りの部分は第二工程熱分解器１９へ送られ、そこで入
口管２１を経て空気と共に供給されるガスで操作される
ガスバーナー２０により６００〜１，１００°Ｃの温度
に加熱される。

第二工程熱分解器１９およびビン１７からのガスは、ガ
スダクト２２を経て出口管から抜き出される。

第二熱分解器１９からの熱い微細コークスの一部は、サ
イクロン２４と連通ずる処理燃焼室２３に送られる。

第二熱分解器１９からの熱い微細コークスの一部のみを
処理燃焼室２３に供給することも出来、微細コークスの
残りの部分は商業的生成物として経路３３から取り出さ
れる。

ガス状加熱剤の主要（第二）部分は、入口管２６を通っ
て空気と共に供給されるガスで操作されるバーナー２５
を介して処理燃焼室２３へ供給され、この加熱剤は微細
コークスすなわち固体伝熱剤を加熱して処理燃焼室２３
を介してサイクロン２４へ送る働きをする。

ＳＯＯ〜１，５００℃の温度でサイクロン２４で分離さ
れる微細コークスは、中間ビン２７を通って水性ガス反
応器１１へ送られ、そこで上記微細コークスの所要の所
定部分は経路９を経て格子１０を通って供給される水蒸
気によりガス化され、この水蒸気に燃料に含まれる水分
から製造され、そしてこの水分が不足の場合は、水蒸気
が経路２８に沿ってさらに導入される。

水性ガス反応器１１中の水蒸気は、貴重な化学原料およ
び燃料である高カロリーガスに変換される。

水性ガス反応器１１からの水性ガスおよび微細コークス
のガス懸濁体は、サイクロン２９に送られ、そこで微細
コークスは水性ガスと分離され、熱伝達剤としてビン３
０を経て経路１４へ送られ、そこでサイクロン２４から
のガス流出物の一部と混合される。

ガスの主要部分は、経路３１を経て取り出されて精製さ
れ、動力装置へ供給される。

固体熱伝達剤とガスの部分との上記混合において、生成
混合加熱剤は第一工程熱分解器１３に送られる。

したがって、本発明による方法において、熱分解、ガス
化および乾燥の閉鎖サイクルが提供されるために、大気
中への有害な排気物が除去される。

何となれば、精製熱分解ガス、水性ガスおよび混合ガス
は動力装置の燃焼室へ送られるからである。

このため、上記動力装置のボイラーの高さおよび全体寸
法を最小限にすることが出来、上記ボイラーの運転を実
質的に簡単化することが出来る。

さらに、本発明による方法では、水蒸気がガス化に使用
されかつこの水蒸気は燃料の乾燥により製造されるやで
、追加の燃料が必要でない。

このため、燃料利用の動力効率が３−５％増大する。

サイクロン２９からの水性ガス（主として水素および酸
化炭素）は経路３２を経て精製へ送られ、次いで使用装
置に送られる。

使用装置として、ガスタービンを含む動力装置、または
水素、合成ガス、メタノールおよび他の生成物の製造用
の化学反応器を挙げることが出来る。

本発明による方法により、非常に廉価な水性ガスを製造
することが出来る。

例となれば、水性ガス反応器１１中の微細コークスの過
剰量により、水蒸気の高い分解塵（８０−９５％）およ
び高い動力効率が確保され、同時に系全体が簡単化され
る。

所要量の水性ガスの製造、処理温度および循環固体加熱
剤すなわち微細コークスの量の自動制御は、燃料量およ
び動力装置の運転条件の起り得る変化を考慮して、工程
から中間ビン１７を介して経路３３を経て取り出す微細
コークス量を変え、かつ水性ガス反応器１１へ水蒸気を
供給することにより行われる。

水蒸気、ガス、ガス懸濁体および固体粒子の相当する流
れに対する必要な制御弁は図示されていない。

新規方法の非常に重要な特徴は、硫黄、固体燃料および
灰分が精製により完全に除去されたガスの動力装置の加
熱室へ供給され、したがって、ボイラーはガス加熱ボイ
ラーに変換され、加熱表面にスラグが生じることが除去
されるということである。

この方法により、高含水量泥炭を含む泥炭のような燃料
に対して工程の高い経済的パラメータがもたらされた。

ボイラー装置全体の寸法は実質的に減少する。

熱分解およびガス化の温度条件は、ガスバーナー２０お
よび２５および処理燃焼室２３で生成するガス状加熱剤
の量および温度を変えることによっても制御される。

動力装置の燃焼室へは、処理燃焼室２３およびバーナー
２０および２５で生成する多量の低カロリーガスがガス
と共に供給されるので、動力装置の燃焼室の燃焼温度は
低減され、動力装置からのガス流出物中の有害な酸化窒
素含量は、上記燃料を動力装置で処理中に生成した外部
酸化物（燃焼室で窒素燃焼の際生成）および内部酸化物
（燃料窒素から生成）の両方の点でかなり低減される。

このため、動力装置において燃料の大きな包括的利用が
確保されるばかりでなく、大気中へ放出されるガス状成
分（硫黄および窒素の酸化物）および固体成分（灰分粒
子）の両方の点で動力装置の廃ガスで環境を汚染するこ
とが実質的に完全に除去される。

また、本発明の方法により、低品位動力液体燃料を処理
燃焼室にまたは生成水性ガスの最終的用途に応じて水性
ガス反応器に導入することにより上記燃料を利用するこ
とが出来る。

本発明のより良い理解を与えるために、微細固体燃料の
熱処理方法を下記の特定例により説明する。

例１ この例では、動力プロセスプラント（ＰＰＰ）の石炭の
熱処理による運転を記載する。

１つのユニットの容量は５００トン粗製石炭／時である
。

プラントの年間容量は、石炭５０ミリオン（ｍｉｎ、）
トンであり、プラントの電力溶量は３２ピリオン（ｂｌ
ｎ、）ｋＷ、時７年である。

燃焼性風当り、３６重量％の水分、６．５重量％の灰分
および４８重量％の揮発分を含有する３、 ５６０ ｋ
ｃａｌ／ｋｇのカロリー容量を有する粗製石炭を熱処理
する。

ビン１からの石炭を、乾燥ミル２に供給し、入口管３を
通って、石炭１００ｋｇにつき各々７８０℃および５８
０℃に加熱された１２０ｋｇの微細コークス（固体加熱
剤）および８０ｋｇの水蒸気からなる循環混合物をミル
に導入する。

乾燥後得られた生成物すなわち、温度２５０℃の６４−
のダスト状乾燥石炭（１００ミクロンの篩上の残渣は１
０重量％である）および３６−の水蒸気を、加熱剤と共
にサイクロン８に送り、そこで石炭および微細コークス
を水蒸気と分離する。

３６ｋｇの水蒸気を水性ガス反応器１１に導入し、８０
ｋｙをミル２に循環させるために供給する。

１８ｋｇの石炭からこの例で過剰量の水蒸気が生じる場
合、それを動力装置の燃焼室に供給することが出来る。

６４ｋｇの乾燥コークス、２５０′Ｃの微細コークス（
１２０ｋｇ）を中間ビン１２を通って第一工程熱分解器
１３へ供給し、処理燃焼室２３および水性ガス反応器１
４の各サイクロン２４．２９から供給される混合加熱剤
（８５０°Ｃの微細コークスおよび１，０５０℃の遊離
酸素１容量％を超えないガス）により６８０°Ｃに加熱
する。

第一工程熱分解器１３に、１６０ｋｇの微細コークスお
よび３２．５ｋｇのガス状加熱剤を供給する。

石炭の熱分解は、第二工程熱分解器１９で７８０℃で行
われて完成する。

過剰ガスを経路３１を経て抜き出し、精製し、そして動
力装置へ供給する。

微細コークスの増加された循環比では、その熱分解器へ
の供給量は２０３ｋｇであり、一方、ガス状加熱剤は全
部経路３１を経て取り出される。

熱分解器では、６４．０ｋｇの乾燥石炭および循環微細
コークスから、２９．５ｋｇの蒸気−ガス混合物（ＶＧ
Ｍ）および３５．２ｋｇの微細コークスが製造される。

微細コークスをＶＧＭから分離し、ＶＧＭを精製および
凝縮系に送る。

商業的微細コークスは別として、石炭の上記熱分解およ
び加熱により、１８．０ｋｇの熱分解ガス（ｐｙｒｏｇ
ａｓ ） ８．６ ｋｇの樹脂およびガスナフサ、２．
９ｋｇの熱分解水（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｗａｔｅｒ
）および加熱剤が得られる。

熱分解ガスは、４．８４０ｋｃａ ｌ／ｍ３のカロリー
容量を有し、下記組成（容量％）を有する二ＣＯ２−２
２、Ｃ０−２７、Ｈ２−２０、ＣＨ４−２１、他の炭化
水素−１０，８１，０００ｋｃａｌすなわち潜在的石炭
熱の２３％が熱分解ガスに変換され、６７．５００ｋｃ
ａｌ 、すなわち潜在的石炭熱の１９％が樹脂およびガ
スナフサに変換される。

潜在的石炭熱の６３％またはユニットへ供給される熱の
５８％が、石炭の熱分解で得られる微細コークスに変換
される。

処理燃焼室２３後に得られる半ガスの全量を経路３１を
経て動力装置へ供給し、それと共に固体加熱剤すなわち
微細コークスの熱分解器への供給速度をはゾ同じ重量だ
け増大させるプラントの実施態様が可能である。

商業的微細コークスは、１２ｋｇの炭素および０、２
ｋｇの水素を含む１４．４ｋｇの量で製造される。

第二工程熱分解器および処理室では、微細コークスの２
．２ ｋｇおよび８．３ ｋｇが各々ガスおよび半ガス
に変換される。

微細コークスおよびスラグと共に６．５に９の燃料灰が
取り出される。

処理燃焼室２３で１，０５０℃に加熱された微細コーク
スは、ガス状加熱剤と分離され、水性ガス反応器１１へ
供給され、そこで、過熱水蒸気（１８ｋｙ）およびダス
ト状微細コークス（１６６に９）から、Ｈ２０とＣの反
応の結果として２４ｋｇの水性ガスが生じる。

サイクロン２９で水性ガスは微細コークス（１６０ｋｇ
、温度８５０°Ｃ）と分離され、経路３２を経て放出さ
れ、冷却後、精製を受け、そして動力装置でおよび水素
、還元ガスまたは合成ガス製造用の商業的製品として使
用される。

加熱剤を含む微細コークスは、ビン３０を経て経路１４
へ送られ、そこでサイクロン２４からのガス（半ガス）
と混合され、次いで、この混合物は、第一工程熱分解器
へ送られて熱分解が行われ、工程計画は終了される、す
なわち、処理または動力装置では大気へ有害排気物が放
出されない。

例２ この例は、灰分、硫黄含量の増大および他の理由のため
に、商業的微細コークスの製造が望ましくないところの
本発明の方法の実施態様を説明する。

この方法は、例１と同じ組成の粗製石炭について行う。

水性ガス反応器では、１００ｋｇの石炭から蒸発しかつ
１２．６に９の微細コークスと反応する２倍量の水蒸気
（３６ｋｇ）が分解される。

４８ｋｇの水性ガス、８．５ｋｇのガソリンおよび樹脂
、１８．３時の熱分解ガス、３ｋｇの熱分解液（ｐｙｒ
ｏｇｅｎｅｌ １ｑｕｏｒ ） ６．５ ｋｇの灰分お
よびスラグ、１０５ｋｙの半ガスが土族する。

使用燃料のすべての水分（石灰１００にｇ当り３６に９
）を、本発明による方法のこの実施態様でガス化する。

すなわち水性ガスに変換する。

これにより、約６％の石炭熱が節約されるという経済的
効率が得られ、したがって、石炭の処理および利用効率
が増大する。

実際に起り得る変化および石炭の含水量および組成また
は炭素の低減された活性のために水蒸気が不足する場合
、制御された量の水蒸気を外部から経路２８を経て装置
へ供給する。

必要なら、水蒸気を供給することなく、すなわち固体加
熱剤をミル２へ供給するだけで、石炭乾燥工程を行うこ
とが出来る。

例３ この例は、微細コークスが水蒸気との反応活性が低いか
または灰分の特定組成を特徴とする、本発明の方法の実
施態様を説明する。

この場合、加熱剤は、丁度微細コークスが水蒸気と反応
するような高い出発温度を有する。

例１と同じ組成の石炭を処理する。

石炭の含水量は２７％であり、灰分は２１．９％である
。

処理燃焼室に、経路３１を経て放出されるガスによって
７００’Ｃに加熱された空気を供給し、上記処理燃焼室
の温度を１，５００−１，６００’Ｃに高め、灰分を液
体スラグとして放出させる。

得られる生成物は例２と同じであり、すなわち：３６ｋ
ｙの水性ガス、６．４ｋｙの樹脂およびガソリン、１３
．７ｋｇの熱分解ガス、２．３容量％の熱分解液（ｐｙ
ｒｏｇｅｎｅｌｉｑｕｏｒ） ２９．９ｋｇの灰分およ
びスラグが得られる。

これによって、石炭を液体および気体生成物に完全に変
換することが可能であり、灰分および硫黄酸化物の大気
中への放出が排除される。

【図面の簡単な説明】

図面は、本方法の好ましいフローシートである。 ２・・・・・・シャフトミル、８・・・・・・サイクロ
ン、１１・・・・・・水性ガス反応器、１３・・・・・
・第一工程熱分解器、１５・・・・・・サイクロン、１
９・・・・・・第二工程熱分解器、２０・・・・・・ガ
スバーナー、２３・・・・・・処理燃焼室、２４・・・
・・・サイクロン、２９・・・・・・サイクロン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記のイ）〜（ト）工程を含むことを特徴とする、
   微細固体燃料の熱処理方法。 （イ）微細固体燃料を乾燥する工程、 （ロ）この乾燥微細固体燃料を二工程熱分解し、その後
   、生成蒸気−ガス生成物と微細コークスを分離する工程
   、 （ハ）上記微細コークスの一部を乾燥工程に供給し、そ
   して残りの微細コークスの少なくとも一部を、ガスおよ
   び（または）上記微細コークスの部分燃焼により８００
   〜１，５００℃の温度にさらに加熱する工程、 に）加熱された微細コークスを熱分解の第一工程に供給
   されるガスから分離する工程、 （ホ）この加熱された微細コークスを、上記燃料の乾燥
   の際生成する水蒸気によりガス化する工程、（へ）上記
   微細コークスとガス化生成物を分離する工程、 （ト）上記微細コークスを熱伝達剤として熱分解の第一
   工程に供給する工程、 ２ 粒度が１．５ｍｍを超さない微細固体燃料が使用さ
   れる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 上記燃料の乾燥が過熱水蒸気流中で行われる、特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 加熱された微細コークスから分離されたガスの一部
   が上記熱分解の第一工程に供給される、特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ５ 熱分解の第一工程に供給されるガスが最大２容量％
   の遊離酸素を特徴する特許請求の範囲第４項に記載の方
   法。