JPS5956491A - 固形炭質燃料をガス化するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭のような固形炭質燃料をガス化して清浄
なガス状燃料を生成する工程において熱を回収するため
の方法に関し、特に、供給石炭をディボラチリゼーショ
ンさせ燃焼させるための下方流動床と、ガス−固体脱離
用中間区間と、該中間区間によって下方流動床から分離
されており、ガス化装置からの流出物から熱を回収する
ための上方流動床を用いるガス化方法に関する。

８１６℃（１５００ＦＩ以上の出口温度で作動する高高
流動床式ガス化装置におい゛（（ｔ１ガス化装置から搬
出される粉塵には、通常、粉塵回収サイクロン型分離器
お、ｌびその他の下流の機器の内部表記に付着し、装置
の作動を著しく妨害する粘着性の粒子が含まれている。

そのような粘着性の粒子は、主として、炭の微粉の灰部
分からの硫化鉄および７才たはスキレド錯化合物に基因
している。バナジウム、ナトリウム、カリウム、カルシ
ウムなどからの低融点の共融混合物も、装置に付着する
粘着性粒子を生しることがある。米国東部産の高硫黄分
薄青炭は、特に、そのような灰付着問題を起こし易い。

この問題を解決するための方法として、従来の技術は、
ガス化装置の流出物をその流出前に急冷すること、ある
いは、流出物を冷温壁の装置内に接触させて粘着性の灰
を同化することを提案している。しかしながら、それら
の方法は、高温熱の大部分が失われてし１うという欠点
を有している。例えば、流出物を１０１０℃（１８５０
Ｔ’ｌから８１６℃（１５００Ｆ）にまで急冷すると、
その流出物の高温熱の約２５％が急冷用の水を気化する
のに失われて１．まう。

また、流出物負荷の変動を受けるガス化装置においては
、天熱回収システムの設計が複雑になる場合がある。例
えば殻体−管型熱交換器のような熱回収システムの表面
は、蒸気発生と蒸気過熱操作との間で十分な融通性が得
られるような態様に記構しなければならない。本発明；
よこれらの問題を克服するものである。

下方流動床式ガス化帯域と、その−にに配設された流動
床式冷却帯域を用いる石炭ガス化法は、米国特許第２．
５９１．５９５号に開示されている。また、米国特許第
４．０９９．９３３号ｉよ、特に粘着性石炭の場合、石
炭の加熱速度を制御するために所望の温度範囲に維持さ
れる多重帯域を用いた石炭ガス化方法を開示している。

しかしながら、石炭ガス化法においては、特に生成ガス
内の粘着性粒子を除去する乙と、およびより効率的な熱
の回収を可能にするという点で一層の改良が望まれる。

本発明は、石炭のＪ：うな固形炭質燃料をガス化−３＝ して消浄なガス生成物を得る工程において流出ガスから
熱を回収するための改良された方法を促供する。ガス化
工程においては、炭質材料は、粒状形態で酸素含有ガス
および蒸気と共に、高温の燃料と炭粒子の床を包含した
ガス化装置の下方区間内へ供給される。この床は、約８
１６℃〜１０９３℃（１５００Ｆ〜２０００’Ｆ）の範
囲の温度に維持されており、該床内で供給材料が急激に
加熱され、ディボラチリゼーションされ、ガス化されて
ガスと炭粒子を生成する。灰および凝集物は、過度に堆
積しないように必要に応じてガス化区間の下端から抽出
される。固形炭質供給材料としては、例えば、無煙炭、
瀝青炭、亜瀝青炭、石炭または石油から得られたコーク
ス、瀝青砂岩から得られた薄青などを用いることができ
る。

本発明においては、８１６℃〜１０９３℃（１５００Ｆ
〜２０００’Ｆ）の温度の石炭ガス化区間からのガス化
された流出物は、隣接ずろガス−固体離脱区間へ上昇す
る。この脱離区間において、ガス内に帯同されている炭
粉塵がガスから分離さ４− れ、固形粒子の大部分は重力沈降によりガス化区間へ戻
され、更に反応を受けろ。離脱区間のサイズまたは直径
および高さは、廃熱回収区間への粉塵流出量を許容しう
ろ程度に抑制するのに十分な値とする。

ガスと若干の微細炭粒子とから成る脱離区間からのガス
化装置流出物は、耐人材張りのグリッド（格子状）プレ
ートの開口を通って耐熱回収区間へ上昇ずろ。このグリ
ッドプレートは、高温脱離区間に面する下面に熱および
侵食防止のための、冷却作用を施される耐火材を被覆さ
れてりる。グリ・ソドの開口にも、そこに粘着性の炭粒
子が付着するのを回避する。ために冷却作用を施す。そ
のような冷却のために使用する流体または媒体は、蒸気
を創生ずるためのボイラー供給水であってもよく、ある
い（よ凝縮水であってもよく、その他適当な媒体であっ
てよい。廃熱回収区間は、微細炭粒子の流動床を包含し
、その床内には、例えば蒸気創生のための水などの流体
を冷却用流体として通す流れ通路の如き冷却用表面を備
えている。この熱回収区間内の流動床物質は、例えば、
脱離区間からの帯同粉塵であってもＪ″く、流動床式石
炭ガス化区間からの粒状材料であってもよく、あるいは
良好な流動および伝熱特性を有する他の適当な物質であ
ってよい。

ガス化装置の廃熱回収区間の作動２品度は、流動床内で
得られる蒸気発生および蒸気加熱によって生じる冷却作
用の量により調整し、４２７℃〜８１６℃（８００〜１
５００１７１程度の望ましい範囲に維持する。かく（７
て、廃熱回収区間からのガスの出口温度は、サイクロン
部分Ｓａおよび他の下流機器の内側表面に粘着性粒子が
付着するのを回避し、従って、付着物の堆積および機器
の詰りを回避するように制御される。それによって」一
方法動床式冷却区間の作動温度は、炭灰の固化温度によ
り低い値に維持される。

ガスの較量即ち負荷が変動する石炭ガス化装置の場合は
、廃熱回収区間に流出ガスから熱を回収するための多重
蒸気発生および過熱表面まｔコはコイルを設ける。蒸気
発生および加熱コイル表面の作動および配分は、廃熱回
収区間からの流出ガスの温度が最適となるように定めろ
。ガス流負荷が変動する石炭ガス化装置の場合、その熱
回収区間を制御する方法としては下記のような方法があ
る。

（ａ）」一方区間内の流動床の高さを制御し、流動床内
に浸漬する冷却流体通路の高さを変えること、ｆｂｌ使
用されていない冷却流体通路の一部分をバイパスさせる
こと、 （ｅ）過熱コイルを通しての冷却媒体の流量を変えろこ
と、 （ｄ）蒸気発生および過熱通路内の作動圧を変えろこと
、および、 （ｅ）蒸気発生通路と蒸気過熱通路の配分（割り振り）
を変えること。

廃熱回収区域にはガスに帯同された炭粉塵が流入するの
で、過剰の粉塵を導管を通して制御された流量で下方ガ
ス化区間へ戻し、更にガス化反応捧作に付し、蒸気発生
および過熱コイルを覆う熱回収区間内の床の高さを所望
のレベルに維持する。

次いで、実質的に粘着性粒子を含まない流出ガ７− スを熱回収区間から２段サイクロン型分ｇＩ蕾列に通し
、ガスから微細炭粒子を除去する。第１段のサイクロン
型分離器および第２段のサイクロン部分ｇＩ器のどちら
からの微細粒子をも、通常、−１一方法動床へ戻すが、
通常、供給材料内の炭素の線変換率を高めるために第２
段の分離器からの炭粒子は直接ガス化区間へ戻すのが有
利であり、好ましい。第２サイクＵン分離器段からの清
浄な流出ガスは必要に応じて、更に追加の慣用の熱回収
およびガス浄化装置へ送ることができろ。

本発明は、ガス化装置の流出物からの熱回収率が高いこ
と、ガス化装置の作動効率を高める乙と、および冷却作
用を施される耐火材内張グリッドプレート型サイクロン
や、熱交換器などの機器を８１６℃〜１０９３℃（１５
００〜２０００′Ｆ）ではなく、４２７℃〜８１６℃（
８００〜１５００Ｆ）の適度な温度で使用することなど
の幾つかの利点を捷供する。本発明の流動床式熱抽出回
収方法は、流動床式、連行床式、又（よスラグ床式など
のいろいろな型式の固形炭質燃料ガス化装置に使８− 用しうるように適用することができる。ガス化装置は、
単一の容器内に熱回収区間と共に組入れてもよく、ある
いは、熱回収区間の下方に近接して別個の自立型ユニッ
トとして設けてもよい。下方ガス−粒子脱離区間は必要
に応じて設けても、設けなくてもよい。

添付図を参照して本発明の詳細な説明すると、第１図に
示されるように、適当な流度に破砕されｔコ石炭を符号
１０で示す部位から高温の石炭および炭粒子の流動床１
３を包含したガス化区間１２の下方部分内へ供給する。

蒸気１４および酸素含有ガス（例えば空気）１６を流れ
分配グリッドプレート１５を　と打してガス化区間また
は帯域１２へ導入し、床１３を主と１ノてその中で生じ
る発熱反応によって８１６℃〜１０９３℃４１．５００
〜２０００’Ｆ）の範囲内の温度に維持する。有用なガ
ス化圧は、３５〜３５２　ｋｇ／ｃ＋／　（５０〜５０
０ｐｓｉｇ）の範囲内である。

生じた蒸気は、それに帯同されている炭粒子と共に、ガ
ス化区間１２からそれに隣接するガスー粒子脱離区間ま
たは帯域２０へと上方へ通される。

脱離区間２０は、ガス化区間１２に比へて直径を大キク
シてあり、この脱離区間内において、ガスの上昇みかけ
速度が低下せしめられ、その上昇するガスから炭粒子の
大部分を脱離させ、重力によって流動床１３へ落下させ
、流動床１３内で再度ガス化反応操作に付する。脱離区
間２０内の上昇ガスの有用なみかけ速度は０３〜１．２
ｍ／秒（１〜４ｆｔ／秒）の範囲内である。

ガスと若干の残留炭微粒子を含有した脱離区間を２０か
らの流出物は、該ガスから廃熱を回収するために耐火材
張りのグリッドプレート構造体２２を通して上方に冷却
区間即ち熱回収区間２４へ送る。熱回収区間２４は、微
細炭粒子の流動床２５を含有しており、脱離区間２０よ
り大きい直径を有するものとすることが好ましく、熱伝
達通路即ち蒸気発生コイル２６および熱伝達通路即ち蒸
気過熱コイル２７を備えたものとする。通路２６および
２７は、水などの冷却流体を搬送し、前者は蒸気を発生
させ、後者し１蒸気を過熱する一方で、これらの通路ま
たはコイル２６．２７の冷却表面ば、流動床２５の温度
を４２７℃〜８１６℃（８００〜１５００Ｆ）程度の所
望の範囲内に維持し、流動床内の微細炭粒子上の粘着性
の灰を固化し、粘着性の灰が下流の工程装置へ流入する
のを防止する働きをする。所望ならば、通路２６．２７
内で生じた蒸気の少なくとも一部分２７ａを蒸気１４と
して使用することができる。

粘着性の灰を含有した微細炭粒子の一部分を床２５から
導管２８および制御弁２９全通して下方ガス化区間１２
へ制御された流１１で（床２５の面の高さを所望の高さ
に維持するような流：ｌ）で戻す。戻された粒子は、床
１３内で再度過熱され、ガス化されて追加のガスを創生
ずる。ガス化操作の後、石炭ガス化床１３ならびに、熱
回収床２５の残留灰凝集物は、流れ分配グリッド１５の
上方の床１３の底部から符号３０で示されるように抽出
する。

熱回収区間２４からの、実質的に粘着性の灰粒子を含ま
ない流出ガスは、第１段のサイクロン型１１− 粒子分離器３２へ通し、そこから微細炭粒子を導管３４
を通して流動床２５へ戻す。一方、分離器３２からのガ
ス部分は、導管３３を通して第２段のサイクロン型分離
器３６へ送り、好ましくは分離器３６から残留微細炭粒
子を導管３８を通してガス化区間１２内のガス化床１３
へ戻す。一方、得られた清浄なガス生成物は、導管４０
を通して抽出し、慣用の装置４２内で更に冷却して処理
し、酸性ガスおよび硫黄化合物を除去することができる
。

第１図には灰凝集式流動床型ガス化装置が示されている
が、本発明の粒子脱離および熱回収方法は、連行球型ま
たはスラッグ床型ガス化装置などの、流出ガスに粘着性
の灰が含まれるようなその他の型式のガス化装置にも同
様に適用する乙とができる。上記どのような形式のガス
化装置の場合にも、破砕された石炭供給材料、蒸気およ
び酸素含有ガスをガス化装置の下方ガス化区間内へ供給
する。それぞれの形式のガス化装置に適合するように、
石炭供給材料およびガス反応体（蒸気およ１２− び酸素含有ガス）のための特殊な供給装置を設けろ乙と
ができる。ガス化区間は、灰分の豊富な良質の凝集物を
産出するようにし、主としてガス化区間内で生じる発熱
反応によって、通常８１６℃〜１０９３℃（１５００〜
２０００Ｔ’）の温度で作動する。

熱回収流動床２５を支持する耐火材張りグリッドプレー
ト構造体２２は、第２図に詳細に示されている。グリッ
ドプレート２２ａは、耐熱金属で形成され、ブラケット
４５などによりガス化装置の壁４４に固定されている。

プレート２２ａは、耐火材層４８によって熱的に防護さ
れており、耐火材層４８は、入口部４９から通路５０を
通って流れ、出口部５１から流出する加圧水などの流体
ζこよって冷却される。グリッドプレート構造体２２は
、流動床２５内へガスおよび粒子を上昇させる複数の開
口４６を備えている。開口の４６の壁４６ａも、通路５
０に連通しており、その流体によって冷却される。グリ
ッドプレート構造体２２を上昇する炭粒子による侵食か
ら保護するために、耐火材層４８の下面に密度の高い耐
火材層５２を被覆する。所望ならば、開口４６の水冷壁
４６ａの侵食を防止するｔ：めに壁４６ａにも硬い耐火
材５４を被覆することができる。グリンド開口４６の直
径は、通常、２５４〜１５．２４ｃｍ　（１〜６１０）
とし好ましくは３８１−７．８２ｃｍ　（＋、　５〜３
．０　ｉｎｌ　　とする。

以上本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、本発明の範囲および精神
から逸脱することなくいろいろな変型実施例が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス生成物を生成するための下方ガス化区間と
、中間脱離区間と、上方熱回収区間を有する石炭ガス化
装置の概略図、第２図は熱回収流動床を支持するための
ゲリ・ソドプレ−１・の断面図である。 図中、１２はガス化区間、］３は流動床、１５は流れ分
配プレー１．．２０はガス−粒子脱離区間、２４は熱回
収区間、２５（よ流動床、２６．２７は通路、２８ば戻
し導管、３２．３４はサイクロン型針＃益。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・エナージイ・
コーポレイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固形炭質燃料をガス化して漬汁なガス生成物を生成する
   ための工程に使用するための熱回収方法において、 ｆａｌ高渇高湿粒子を包含した下方ガス化区間へ蒸気お
   よび酸素と共に固形粒状燃料供給物を供給し、該床の温
   度を８１６℃〜１０９３℃（１５００〜２０　Ｑ　Ｏ’
   Ｆｌの範囲内に維持して該供給物をガス化し、 （ｂ）前記ガス化区間内で生じた高２品ガスおよび帯同
   炭粒子をガス−粒子脱離区間内へと−１一方へ通し、該
   脱離区間から該粒子の大部分を重力によって前記ガス化
   区間へ戻し、 （ｅ）前記脱離区間からの高湿ガスおよび残留炭粒子を
   約４２７℃〜８１６℃（８００〜１５００″Ｆ）の高度
   に維持された微細炭粒子の流動床を包含した熱回収区間
   へグリッドの開口を通して上昇させ、該熱回収区間の流
   動床内において該高温ガスを冷却して高湿ガスに含有さ
   れている粘着性の灰を該流動床内の炭十で固化させ、熱
   回収区間からの流出ガス内に粘着性物質が含まれるのを
   実質的に回避し、 （ｄ）前記」二方熱回収区間の流動床からの粘着性灰を
   含有した炭粒子を前記下方ガス化区間へ戻して再度反応
   操作に付し、 （ｅ）前記熱回収区間からの流出ガスを粒子分Ｓ操作に
   付して清浄な炭化水素ガス生成物の流れを抽出すること
   から成る熱回収方法。