JPS63227695A - 炭素原料のガス化操業方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄浴に例えば重油、石炭等の炭素を多量に含
む炭素原料と酸素および若干の鉄鉱石、造滓剤を連続的
に吹込み還元性ガスを製造する炭素原料のガス化操業方
法に関するものである。

（従来の技術） 一般に炭素原料のガス化方法としては固定層式。

流動層式、噴流層式、るるいは鉄浴等の溶融床式等が知
られておシ、固定層、流動層、噴流層の各式によるガス
化方法は古くから実用されている。

一方溶融床式によるガス化方法は前記３式によるガス化
方法に比し、いくつかの利点を有するが技術的問題が残
されており、実用に至っていない。

最近、この溶融床式ガス化方法で、鉄浴による石炭のガ
ス化方法が注目され、実用化のための開発が活発化して
きている。（参考技術　特開昭５２−３６０３号、特開
昭５８−１６４９１号各公報他）この鉄浴による石炭の
ガス化の原理は例えば第４図に示されるようにガス化炉
１内の溶鉄浴２を熱媒として、これに石炭３を酸素ガス
４と共に接触させ直ちに分解して一酸化炭素（ＣＯ）お
よび水素（Ｈ２）　′ｔ−得るものであり、との溶鉄浴
による石炭のガス化方法においては、１３５０℃〜１５
００℃と高温の溶鉄浴を熱媒としているためガス化温度
が高く、石炭中の炭素（Ｃ）が一度溶鉄浴中に溶解して
鉄化合物（Ｆｅ−Ｃ）　　となり、然る後酸素（０２）
と反応して一酸化炭素（Ｃｏ）ｅ生成する反応メカニズ
ムを利用するため、ＣＯとＨ２に完全に分解し、又石炭
中の硫黄Ｃ３）ｋスラグ中に容易に移行できる。図面中
５は鉄鉱石、６は石灰石、７は水蒸気、８は生成ガス排
出路、９はガス清浄器、１０は生成ガス、１１はダスト
、和はスラグである。

したがってこの方法によって、生成されるガス中の二酸
化炭素（ＣＯｚ）、Ｓ０２等の不純ガスは他のガス化方
法によシ生成されるガスに比し、格段に少なく還元性ガ
スとしての純度が高いので例えば燃料として用いる場合
等熱量も犬きく脱硫の必要もない等の優れた特薇を有し
ている。

このような優れた特徴を有しながら、この溶鉄浴による
石炭のガス化方法の実用が遅れているのは、高温の溶鉄
浴を介して反応させるためにＣｌＯ２の適量供給による
Ｏ／Ｃバランス、熱バランスの最適維持が難しく最適操
業の安定維持が難しいためである。

即ち、０２過剰の場合は生成ガス中のＣＯ２の増加によ
る生成ガスの純度低下、Ｆｅ、０．損失全招き、又、０
！不足の場合はダスト、スラグ中のＣ量増加によるＣ損
失、溶鉄浴温低下スラグ流動性の低下による操業条件の
悪化等を招き易いという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は溶鉄浴への原料特に炭素原料、０□の吹込み操
業条件を常に最適範囲に維持して上述の溶鉄浴によるガ
ス化方法の問題点を解消して高純度の還元性ガスを効率
的に得ることができる溶鉄浴による炭素原料（例えば石
炭等）のガス化操業方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、鉄浴中に炭素原料と酸素および若干の鉄鉱石
と造滓剤を連続的に吹込み還元性ガスを製造する石炭の
ガス化操業方法において、前記諸原料中の炭素量と酸素
量および生成物中の炭素と酸素を連続的に計測し、この
計測値と予め定めた炭素、酸素収支および熱収支計算モ
デルに基づいて鉄浴中の炭素量を連続的に演算し、この
鉄浴中の炭素量が所定の範囲に入るように少なくとも炭
素原料と酸素のいずれか一方又は双方の吹込み量を調整
することを特徴とする炭素原料のガス化操業方法である
。

（作用） 本発明は、操業中の溶鉄浴中の炭素量が所定の範囲にな
るように炭素原料、酸素の一方又は双方の吹込み量を調
整してＣ１０バランス、熱バランスを最適範囲に維持し
てガス化操業の最適条件を安定的に維持して、高純度の
還元性ガスを効率的に製造するものである。

一般的に云って炭素原料のガス化反応は、つぎのように
なる。

ＣｍＨｎ＋０２→ＣＯ＋Ｈ２＋Ｃ・・・・・・・・・■
Ｃ＋０．→ＣＯ＋Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・
■Ｃ＋０２→ＣＯ，・・・・・・・・・・・・・・・■
炭素原料のガス化方法は炭素原料中のＣを直接又は分解
して０２と反応させてＣＯ，Ｈ２に得る■。

■の反応を行なわせるものでるるか、前記した一般のガ
ス化方法においては、■の反応も同時に進行し、生成ガ
ス中にＣＯ２が混在するのが普通であシ、実用されてい
る固定層式、流動層式、噴流式のガス化方法においては
、生成ガス中に１０〜３０％のＣＯ２が混在している。

一方鉄浴によるガス化方法においては１４００℃〜１５
００℃と高温の溶鉄浴に吹込まれた炭素原料は直ちに分
解してガス分ＣＯとＨ２ｋ生成すると共に０分は一度溶
鉄浴中に溶解してＦｅ−Ｃ化合物となり然る後このＦｅ
−Ｃ化合物が０□と反応してＣＯを生成する反応メカニ
ズムを利用する。

即ちその反応は ＣｍＨｎ＋Ｆｅ→Ｆ８−Ｃ＋Ｈ。

Ｆｅ−Ｃ＋Ｏ，→Ｆｅ＋　ＣＯ となシ、前記他のガス化方法のようなＣ＋０２　→ＣＯ
７という反応は起や難いという特徴を有しているＯ したがって溶鉄中に（１一定量残す条件でガス化操業が
行なわれ＼ば、生成ガス成分をＣＯとＨ２丈にすること
ができることになる。

本発明者はこのような知見を得、これに基づいて本発明
を導出したものでおる。即ち、本発明は上記鉄浴による
ガス化方法の特長を利用し、鉄浴中のＣ量を時々刻々把
握し、この鉄浴中のＣ量が所定の範囲になるように少な
くとも炭素原料と酸素のいずれか一方又は双方の吹込み
量ｔ−調整することによって最適操業条件を安定維持し
て高純度の還元性ガスを効率的に得ようというものでる
る。

（実施例） 以下に本発明について詳述する。本プロセスの反応メカ
ニズムは前述の如く溶鉄中釦一度Ｃが溶解し然る後にＣ
と０□とが反応するため鉄中にＣｅ常時ある一定量溶解
させておくことが必要で１７そのために本発明において
は溶鉄浴中のＣ量を時時刻々に把握することが不可欠で
ある。

この鉄浴中のＣ量の把握手段としては、例えばサブラン
スプローブを浸漬して直接的に測定する方法が考えられ
るが、常時測定のため使用量が多く、コスト負荷が大き
くスピッティングによシサプランス操作が困難になジ易
いという問題が、１１）現在の性能レベルでは精度上の
問題もメジ適方法と云い難い。

そこで本発明においては原料情報・生成物情報を連続的
に計測して把握し、この情報をベースとしてコンピュー
ターを用い予め設定した計算モデルによって溶鉄浴中の
Ｃ量を演算して求める方法を用いることを考慮している
。

（ＩＪ　　原料、生成物情報と生成物情報の計測と計算
モデル例について、この例は石炭のガス化操業に適用し
た場合のものである。溶鉄中のＣ量を時々刻々把握する
ためには溶鉄浴中に吹込まれる石炭、０２．鉄鉱石１石
灰石等の吹込み原料中のＣｉ、Ｏｉおよび生成されるガ
ス、スラグ。

ダスト等生成物中のＣ量、　Ｏ量ｆｆｉ連続的に計測す
る必要がメジ、第１図に示すようにガス化炉１の溶鉄浴
２に吹込む石炭３、ｏ２４、鉄鉱石５、石灰石６の供給
路に夫々流量測定器１４．１５．１６．１７を設は各原
料の時々刻々の流量を測定する。

ヤして、これらの流量測定器からの流量測定値は演算処
理装置１３に入力される。

ここでは、各原料中のＣ量１０２量の時々刻の測定は行
なわず、これらの各原料中のＣ量、０量値は原料銘柄に
よって決ってくるので、予め求めた当該銘柄の平均Ｃ量
、０景値を設定した。

そしてガス化炉１で生成された生成ガス１０の搬送路、
生成ガスの清浄装置９からのダスト１２の排出路、ガス
化炉１からのスラグ１１の搬出路に、夫々生成物の流量
とＣ量、Ｃ量を測定分析する流量成分測定装置１８．１
９．２１−設け、各生成物の流量成分を測定分析する。

そして、これらの流量成分測定装置からの流量成分測定
値は演算処理装置１３に入力される。

この演算処理装置１３はコンピューターを内蔵し、後述
するような各種の計算モデルによってガス化操業におけ
る時々刻々のＣ１０収支、熱収支計算を行なうと共に溶
鉄中のＣ量を演算し、これらの演算値に基づいて溶鉄中
のＣ量を最適操業条件を維持するに最適な範囲にするた
め、必要に応じて石炭、０２の吹込み量調整指示機能を
有している。

なお、ガス化操業において溶鉄浴温も重要な意味を持っ
ており、との溶鉄浴調整、即ち、熱バランスを加味した
計算モデルを用いる。

ただし、溶鉄浴温とＯ／Ｃバランスとは相関関係がある
ので、溶鉄浴の温度の笑測は必ずしも不可欠ではない。

つぎに本発明において用いる計算モデルの考え方の例に
ついて示すとっぎのようになる。

自二〇ｃ＋Ｌｏ十Ｆ。　　　　曲・・四凹曲■０１　＝
　Ｃｏ＋　Ｌ□　＋　Ｆ□　＋Ｖ、）　＋　Ｓ□−−−
−−−−＝＝−■ｃｏ−Ｇｃ＋Ｄｃ＋Ｐ０＋ｓｃ曲間・
凹曲・■０ｏ＝Ｇｏ＋Ｄｏ　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・■■、■、■、■より Ｐ０＝Ｃ１−Ｇｃ−Ｄｃ−曲・曲・・・・・■Δ０＝Ｏ
ｉ−Ｏｏ　　　　　　　・曲・凹曲・・・・・■ここで
、 Ｃ１ｅ　Ｃｏ：　０人量、出量 反日：石炭から入るＣ量（石炭吹込量￥石炭中Ｃ量） Ｌｏ：石灰石から入るＣ量（石灰石吹込量※石灰石中Ｃ
量） Ｆｃ：鉄鉱石から入るＣ量（鉄鉱石吹込量舛鉄鉱石中Ｃ
量） Ｐｃ：溶鉄中のＣ量 Ｓｏコニスラグ中Ｃ量（スラグｆ７１ｘスラグ中Ｃ量） Ｇｃ：生成ガス中のＣ量（生成ガス流ｆｊＪ−ｘ生成ガ
ス中Ｃ量） Ｄｃ：ダスト及びスラグ中のＣ量（ダスト量Ｘダスト及
びスラグ中Ｃ景） ｏｌ、Ｏｏ　：０人量、出量 Ｃｏ：石炭から入る０量（石炭吹込量ス石炭中Ｏ量） Ｌｏ：石灰石から入るＯ量（石灰石吹込量Ｘ石灰石中Ｏ
量） Ｆｏ：鉄鉱石から入る０量（鉄鉱石吹込量Ｘ鉄鉱石中Ｏ
量） Ｓｏ＝スチームから入るＯ量（スチーム吹込量にスチー
ム中０量 区履：吹込Ｏ！量 Ｇｏ：生成ガス中の０量（生成ガス流量に生成ガス中Ｏ
景） Ｄ。＝ダスト中のＯ量（ダスト流量系ダスト中Ｏ量） Ｓｏコニスラグ中Ｏ量（スラグｆ１ｇｘスラグ中Ｏ量） ΔＯ：００人出差 ■　冷却剤としてスチーム以外の冷却剤を用いる場合は
この冷却剤中のＣ量、０量を加味することを考慮する。

溶鉄浴によるガス化操業においては、０／Ｃバランスが
崩れて０２が余分に入ると溶鉄中のＣが不足し、ＣＯの
一部は過燃焼して一部はＣ０２になるかＦｅが一部燃焼
してＦｅＯになる。

即ち、 ＣＯ＋Ｏ，−４ＣＯ□　・・・・・・・・・・・・・・
・■Ｆｅ＋０２→ＦｅＯ・・・・・・・・・・・・・・
・■という反応が起る。

■の場合には生成ガス中のＣＯ２の量が増加し、生成ガ
スの純度が低下する。又、■の場合にはスラグ中のＦｅ
Ｏが増加し生成ガス量が低下する。

一方、０／Ｃバランスが崩れて０２が不足すると溶鉄中
のＣが過飽和（約５％）になシ、Ｃが遊離する。

即ち、 ＸＣ＋Ｆｅ＋Ｏ→Ｆｅ−Ｃ という反応が起る。

この場合、生成ガスの生成量が低下し、余剰Ｃがダスト
として又はスラグ中に含まれて排出されてしまいＣバラ
ンスが崩れガス発生量が低下する。

このように溶鉄中のＣ量はガス化操業状況の指標となり
、このＣ量を所定範囲に維持する操業を行なうことが畢
適操業条件の安定維持に結びつく。

又、Ｏ／Ｃバランスと同様、熱バランスも最適操業条件
の安定維持に重要な役割を果すことになる。

通常ガス化操業中における溶鉄浴の温度は１３５０〜１
５００℃の範囲が好ましく溶鉄浴の温度が高くなると生
成ガスの持出顕熱が犬となり、熱損失となり、逆に溶鉄
浴の温度が低い場合は、溶鉄浴およびスラグの流動性が
低下し、操業条件が悪化する。

第２図は、本発明における溶鉄中のＣ量と０２量の関係
即ち、Ｏ／Ｃバランスと計算モデル指示例について模式
的に示したものである。

この図からも明らかなように、溶鉄浴中のＣ量が０〜５
％の領域はＯ／Ｃバランスが保たれた安定操業域でこの
時のＯ１人人出上Ｏに近似している。

したがって、この条件を維持するように石炭、０２の吹
込み量を調整（現状維持で良い）する。

又、溶鉄中のＣ量が５％以上の領域は、０２不足域でろ
り、０２人出差Δ０〈０となりＯ／Ｃバランスが崩れ、
ダスト、スラグ中のＣ量が増加し反応効率が低下し、生
成ガス量が低下する。

したがって、この場合には溶鉄中のＣ量が０〜５％の範
囲になるように０２の吹込量を増加する。

（石炭吹込み量を減少させても良い）又、溶鉄中のＣ量
が全く存在しない領域は０２過剰域であり、０、人出差
ΔＯ〉０とな５０７Ｃバランスが崩ｔＬ、生成ガス中の
Ｃｏ、ｉ、スラグ中のＦｅＯが増加する。

したがって、この場合には溶鉄中のＣ量が０〜５％の範
囲になるように０２吹込み量全減少する。

（石炭の吹込量全増加させても良い） 又、この場合においては溶鉄（Ｆｅ　）がスラグと共に
排出されているのでＦｅ　源としての鉄鉱石吹込み量も
増加してＦｅ回復を加味する必要がある。

このようにして溶鉄中のＣ量を時々刻々把握して溶鉄中
のＣ量が例えば常に０〜５％の範囲にして０／Ｃバラン
ス金保つべく０７１石炭あるいは鉄鉱石等の吹込み量を
調整して、最適操業条件を維持する。

又、必要に応じて石灰石の吹込み量の調整も行なう。な
お、上記のことはＯ／Ｃバランスによるガス化反応面を
主体としているが、ガス化操業の安定という意味におい
′て前記したように熱バランスも重要であり、これを加
味した調整全考慮する必要がめる。

第３図は熱バランスについて第２図のＯ／Ｃバランスと
関係を模式的に示したものである。この図からも明らか
なように、熱バランスはＯ／Ｃバランスと密接な関係を
有している。

即ち、一般的には０２過剰域はＣ＋０□→ＣＯ２の発熱
量の大きい反応が起るため熱過剰域に０２不足域は逆に
不足域に又、安定操業域は安定操業域に夫々良く対応し
ている。

したがって、０／Ｃバランスの調整によって熱バランス
の調整も行なわれることにもなるが、この熱バランスの
調整を加味した０／ＣバランスのＷ’ｒＷ係数を用いる
ことによｐｌよフ的確な熱バランス調整が出来る。

なお例えば、熱過剰域では冷却剤を吹込むとか外部冷却
によって熱バランス調整を行なうことも考慮する。

冷却剤を吹込む場合は、冷却剤中にＯ７するいはＣが存
在する場合は、前記計算モデルの中にこれを加味するこ
とも考慮する。

本発明においては、例えば生成ガス中のＣＯ１量′ｅ３
％以下に抑制することができる。なお、本実流側におい
てはガス化操業について述べたが本発明の考え方は鉱石
の溶融還元炉の操業にも適用できる。

（発明の効果） 本発明においては、ガス化炉に吹込まれる原料中のＣ量
とＯ量を連続的に計測しこの計測値に基づいて演算によ
シ溶鉄中のＣ量を時々刻々と把握してＯ／Ｃバランス、
熱バランスを加味してこのＣ量が常に最適範囲に入るよ
うに原料吹込み量を調整するので、常に最適操業条件を
維持することができ、例えばＣＯ□量が３％以下の高純
度の還元性ガスを効率的に製造することができる。

又、本発明では溶鉄中Ｃ量測定のためにガス化炉中にサ
ブランスプローブ等の高価な装置を装入する必要もない
のでコスト面でも有利であり、精度も安定しているので
最適操業の維持が容易である等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で実施する鉄浴によるガス化炉設備、配
置例を示す説明図、第２図は本発明の０／Ｃバランスと
計算モデルの模式説明図、第３図は本発明の熱バランス
と計算モデル模式説明図、第４図は、従来の鉄浴による
ガス化炉設備例を示す説明図である。 １はガス化炉、２は溶鉄浴、３は石炭、４は酸素（０り
　、　５は鉄鉱石、６は石灰石、７は冷却剤（水蒸気）
、８は生成ガス排出路、９はガス清浄器、１０は生成ガ
ス、１１はスラグ、１２はダスト、１３は演算処理装置
、１４〜１７は流量測定器、１８は流量成分測定装置、
１９はダスト量測定器、加はスラグ量測定器、２１は流
量測定器 六／因 ■２仄 に＝３区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄浴中に炭素原料と酸素および若干の鉄鉱石と造滓剤を
   連続的に吹込み還元性ガスを製造する炭素原料のガス化
   操業方法において、前記諸原料中の炭素量と酸素量およ
   び生成物中の炭素と酸素を連続的に計測し、この計測値
   と予め定めた炭素、酸素収支および熱収支計算モデルに
   基づいて鉄浴中の炭素量を連続的に演算し、この鉄浴中
   の炭素量が所定の範囲に入るように少なくとも炭素原料
   と酸素のいずれか一方又は双方の吹込み量を調整するこ
   とを特徴とする炭素原料のガス化操業方法。