JPS6232185A - 石炭ガス化炉 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は石炭ガス化炉に係り、特に反応速度が大きく、
短時間で高ガス化効率を達成しうる噴流層石炭ガス化炉
に関する。

（従来の技術） 従来、石炭のガス化炉には、固定層、流動層、噴流層等
の装置がある。この中で噴流層は、石炭灰の融点以上（
１，３００℃〜１．６００’ｅ）に温度を高めるので、
他の方式に比較し、カーボンのガス化率や、水素（Ｈ２
）及び−酸化炭素（ＣＯ）の収量等を高めやすく、また
、公害性の副生物が少ないことから、合成ガス及びガス
タービン、スチームタービン複合発電用原料ガスの製造
に好適である。

噴流層には、微粉炭またはチャー（ガスと共に飛散する
カーボン粒子）とガス化剤（酸素、空気スチーム等）を
同じバーナより吹き込む１段方式の装置と、前記のバー
ナに加えて、微粉炭またはチャーだけを単独に吹き込む
バーナを設置する２段方式の装置がある。

石炭ガス化反応は大別すると以下に示す方式で表される
。

石炭→チャー、Ｈ２）Ｃｏ、ＣＯ２）ＣＨ４・・・（１
）チ＋−＋０２−−ＣＯ２）、Ｃｏ、Ｈｔ　　　　　−
（２）石炭　＋０２−〇〇、ｃｏ２）Ｈ２・・・（３）
（１）式は熱分解反応であり、前記した２段方式におい
て微粉炭だけを単独に吹き込むバーナによって起こりや
すい。（１）式と（２）式の反応を明らかに区別して併
発させる方式の代表例としては公知の如く、米国のＢｌ
−ＧＡＳプロセスがある。また、石炭バーナから石炭と
ガス化剤を同時に供給し、意図的に（１）式と（２）式
とを区別しない（３）式の反応式によるプロセスがあり
、代表例としてはＴｅ　ｘａ　ｃ　ｏプロセス、Ｓｈｅ
　１ｌ−Ｋｏｐｐｅｒｓプロセス等がある。

いずれの場合も、カーボンのガス化率（ガスとして生成
するカーボン量の石炭中のカーボン量に対する比率）を
向上するための種々の試みがなされている。その最も代
表的な方法としては、ガスと共に飛散するチャーを回収
して再びガス化炉に戻してガス化する、所謂チャー再循
環方法があるが、この方法は、循環のためのポンプ、バ
ルブ、タンク等の機器類を必要とするため、ガス化プロ
セスを複雑にし、コスト高になる。また、チャーをガス
化炉に供給するためには搬送用ガスを必要とするが、こ
れに使用される窒素（Ｎ２　）　、スチーム、Ｃ０２）
生成ガス等の一部等はガス化反応に寄与せず、これらの
ガスをガス化炉に必要以上に供給することは好ましくな
い。さらに、循環するチャーの量が多くなるとガス化炉
内やガス化炉出口から先の配管等の摩耗量が増大する。

そこで、本発明者等はチャーの再循環を省略するか、ま
たは循環量の著しい低減を図ることができる新しい石炭
ガス化法を提案した（例えば特願昭５８−４７１６２お
よび特願昭５８−５０４９６）。この方法は、第７図に
示すように、微粉炭１５と酸化剤１６を供給するバーナ
１７および１９を炉本体１３の上段および下段に設置し
、酸化剤１６を上段バーナ１７には少なく、下段バーナ
１９には多く投入したり（特願昭５８−４７１６２）、
または下段バーナ１９の微粉炭を吹き込む仮想円の径を
上段バーナ１７の微粉炭を吹込で仮想円のそれよりも小
さく設定するものである（特願昭５８−５０４９６）。

なお、図中、１１は生成ガス、１２は生成ガス排出口、
１４は断熱材、１８はガス化領域、２２および２４は水
入口および出口、２５は水である。

酸化剤を上述のように上段および下段バーナに配分する
ことによって、下段バーナでは、特に石炭＋Ｏｆ！→Ｃ
Ｏ２）Ｈ２０、チャー　・・・（４）上段バーナでは、
特に。

チャー＋Ｃ０２→２ＧＯ・・・（５） チャー＋Ｈ２０−Ｈ２＋ＧＯ・・・（６）の反応が起こ
り易くなる。この場合、（４）式に比較し、（５）およ
び（６）式の反応が遅いため、（５）および（６）式の
反応を如何に促進するかがガス化のポイントとなる。下
段バーナ１９では、（４）式の反応によって高温域が生
成し、その結果、上段バーナ１７におけるチャーの反応
速度が増大し、ガス化反応が促進される。また、この高
温域によって、石炭灰（スラグ）２０を溶融させ、スラ
グ排出口２１から炉下部の水槽２３に落下せしめる熔融
温度を保持させる。さらに、（５）式および（６）式の
反応を促進させるために、バーナの微粉炭を吹き込む仮
想円の径を上述のように規定したことにより、上段バー
ナから噴出する活性チャーを炉内に旋回させながら下方
に落下せしめ、チャーの滞留時間を著しく増大させるこ
とができる。

（発明が解決しようとする問題点） これらの方法は、従来技術に比較し、簡単な構造で石炭
のガス化効率を向上することができるが、さらにガス化
効率を高める方法が要望されていた。

本発明の目的は、微粉炭と酸化剤との混合を促進させ、
かつ活性化されたチャーの滞留時間を増大させることに
よりさらにガス化効率の高い２段方式の噴流層石炭ガス
化炉を提供することにある。

（問題点を解決するだめの手段） 要するに本発明は、微粉炭と酸化剤の混合がよく、かつ
バーナより噴出される噴流の貫通力が小さいバーナを生
成ガスの流れに対して上流に設置し、その下流に微粉炭
と酸化剤の混合がよく、かつバーナより噴出される噴流
の貫通力が大きいバーナを設置することにより、活性の
あるチャーを形成させ、かつチャーの炉内滞留時間を増
大させ、ガス化効率を向上させるものである。すなわち
、本発明は、微粉炭ガス化反応領域と、この反応領域の
上端に生成ガス排出口と、前記反応領域の下端にスラグ
排出口とを備え、かつ前記反応領域に酸化剤とともに微
粉炭を噴出するバーナを２段以上備えた石炭ガス化炉に
おいて、最下段以外のバーナは、酸化剤が石炭の噴流に
向かって噴出させるバーナであることを特徴とする。

本発明において、最下段のバーナは、それ以外のバーナ
よりも貫通力が小さく、酸化剤が石炭ノズルの外周の接
線方向の速度成分をもって噴出させるバーナであること
が好ましい。

また前記最下段以外のバーナは、それぞれ前記反応領域
中に仮想した仮想円の接線方向に吹き込むように設置さ
れ、かつ少なくとも最下段のバーナは、酸化剤が石炭ノ
ズルの外周の接線方向に速度成分をもち、かつその酸化
剤の旋回方向が炉内壁に対し下向きとなるように配置さ
れていることが好ましい。

（実施例） 以下、添付図面によって本発明の詳細な説明する。第１
図は、本発明に用いるバーナの一例を示す断面図で、バ
ーナ本体７の中心には、石炭ノズル１が設置され、石炭
ノズル１から微粉炭および搬送用流体３が炉内に噴出す
るよさになっており、その外側には、酸素または、空気
のような酸化剤４が通る流路があり、その先端には、酸
化剤ノズル２が設置され、さらにその外側には、バーナ
を冷却するための流路があり、そこに冷却水５および６
が通るようになっている。第２図は、第１図に示すバー
ナの平面図（■−■視図）、第３図は、第２図における
■−■断面の詳細図で、これは生成ガスの流れ方向に対
し、下流側に設置するバーナ、すなわち第７図における
上段バーナ１７を記載したものである。このバーナには
、中心の石炭ノズル１の中心軸に向かって酸化剤が噴出
するように、石炭ノズル１と酸化剤ノズル２Ａの軸の成
す角度（以下、衝突角と称する）が０°くαく９０°に
なるように孔２Ａが穿設されている。

すなわち、上段バーナ１７は、酸化剤が石炭に衝突する
ように噴出させるように構成されている。

第４図は、本発明における下段バーナの一実施例を示す
第２図と同様な平面図であり、また第５図は酸化剤ノズ
ル２Ｂの軸に沿ったＶ−■断面の詳細図である。石炭ノ
ズル１の外周の接線と同一平面上で交差するように酸化
剤ノズル２Ｂが穿設されている。酸化剤は、酸化剤ノズ
ル２Ｂを通り、炉内に旋回をしながら噴出される。なお
、上記酸化剤ノズル２Ｂの孔あきの角度は、第５図に示
すように旋回角β（Ｏｏくβ〈９０°）と定義され、上
述した衝突角と同じく、以後の説明に用いる。

上述したように、第２図および第３図に示す上段バーナ
は、酸化剤が微粉炭の噴流に衝突するように構成したも
ので、゛微粉炭と酸化剤との混合は、非常に良好になる
。また石炭バーナの中心軸に交差して酸化剤が噴出され
るため、これらの混合流体は、速度の減衰は小さく、貫
通力が高いものとなる。このバーナをガス化炉の上段バ
ーナとして使用すれば、石炭と酸化剤との混合がよいた
め、活性に冨むチャーが生成されるのみならず、強い貫
通力を有するため、上述の活性チャーは、炉壁の周囲を
まわりながら落下し、また炉内の滞留時間が長いため、
前述の式（５）および（６）に示すガス化反応が十分行
われる。

一方、第４図および第５図に示す下段バーナは、酸化剤
がノズル２Ｂ出口で旋回をしながら噴出するため、バー
ナ出口近傍における微粉炭と酸化剤の混合は非常に良好
になり、さらに微粉炭と酸化剤の混合流体は旋回流であ
るため噴流は半径方向に拡がり、従って、軸方向の速度
の減衰は太き（、この混合された噴流の貫通力は著しく
小さくなる。

このバーナを酸化剤の配分の多いガス火炉の最下段のバ
ーナに用いれば、まず、石炭と酸化剤の混合がよいため
活性したチャーが形成するばかりではなく、貫通力が小
さいため、上段バーナから噴出した活性チャーの貫通力
を低下することはなく、炉下部で高温域を形成し、（４
）式によって、多量のｃｏ２’およびＨ２Ｏを発生させ
ることができる。

次に、本発明によるバーナを用いたガス化実験の結果を
以下に示す。バーナについては、本発明のバーナと比較
するため、従来のバーナ構造として第６図に示すように
、衝突角α−０度および旋回角β−０度のものを用いた
。なお、円形断面のガス化炉において、特願昭５８−５
０４９６に記載のように石炭を炉内に仮想した仮想円の
接線方向に吹き込むようにした８時、その仮想円の径は
、炉内径の１／２一定とした。また、旋回型のバーナ（
第４図および第５図記載）については、炉内の旋回方向
との関連にいっても検討した。表１にその試験結果を示
す。

表１かられかるように、まず、比較例１と実施例１を比
較すれば、本発明の第２図に示す酸化剤衝突型のバーナ
を上段バーナとして用いれば、冷ガス効率およびカーボ
ンガス化率共に約５％の向上が現れていることが判る。

また、比較例１と実施例２および３を比較すれば、上段
バーナに加えて本発明の第４図に示す旋回型のバーナを
下段に用いたときにも、従来のバーナを用いた時に比較
しそれぞれ効率が向上していることが判る。なお・、仮
想円の回転方向と下段バーナの旋回方向については、炉
壁近傍の流れが下降流となる場合（実施例３）の方が、
上昇流となる場合（実施例２）よりも効率が高いことが
判る。これは、炉壁近傍が下向きとなることによって、
上段バーナで生じた活性チャーが、炉下部の高温域に引
き込まれるようになり、滞留時間の増加と共に、ガス化
の反応速度および反応時間が増加するためと考えられる
。

さらに、実施例４では、上段および下段共に本発明のバ
ーナを設置したことにより、相乗効果を生じ、従来と比
較し、ガス化効率およびカーボンガス化率は格段に向上
させることができることが明らかである。

（発明の効果） 本発明によれば、上段バーナより吹き込んだ微粉炭から
活性に冨むチャーが形成され、そのチャーが、下段バー
ナより吹き飛んだ微粉炭から前記（４）式によって生成
したＨ２ＯおよびＣ０２と炉底の高温部で接触し、前記
（５）式および（６）式の反応が、反応速度の大きい状
況でかつ長時間行なわれるので、チャーを完全にガス化
することができ、かつ、カロリーの高いガスを生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス化に用いられるバーナの一実施例を示す断
面図、第２図は、第１図に示すバーナのｎ−ｎ祖国、第
３図は、第２図のバーナのｍ−ｍ断面を示す図、第４図
は、本発明に用いるバーナの一実施例を示す断面図、第
５図は、第４図のバーナのｖ−■祖国、第６図は、従来
のバーナの平面図、第７図は、本発明に用いるガス化炉
の構造を示す断面図である。 代理人　弁理士　　川　北　武　長 ２：酸化剤ノズル ３：微粉炭搬送流体 ４：酸化剤 第３図 第４図 第５図　　　　第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粉炭ガス化反応領域と、この反応領域の上端に
   生成ガス排出口と、前記反応領域の下端にスラグ排出口
   とを備え、かつ前記反応領域に酸化剤とともに微粉炭を
   噴出するバーナを２段以上備えた石炭ガス化炉において
   、最下段以外のバーナは、酸化剤を石炭の噴流に向かっ
   て噴出させるバーナであることを特徴とする石炭ガス化
   炉。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、最下段のバーナ
   は、酸化剤を石炭ノズルの外周の接線方向の速度成分を
   もって噴出させるバーナであることを特徴とする石炭ガ
   ス化炉。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、前記最下段以外
   のバーナが、それぞれ前記反応領域中に仮想した仮想円
   の接線方向に吹き込むように設置され、かつ少なくとも
   最下段のバーナは、酸化剤が石炭ノズルの外周の接線方
   向に速度成分をもち、かつその酸化剤の回転方向が炉内
   壁に対し下向きとなるように配置されていることを特徴
   とする石炭ガス化炉。