JPS63258986A - 石炭からの合成燃料ガスの品質を改良する方法および装置 - 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、石炭のガス化によって生成される合成燃料ガ
スを品質改良、エンリッチおよび脱硫する方法および装
置に関する。

従来の技術 石炭のような化石燃料を合成燃料ガスに転化する方法は
多く知られている。多くの用途において、これらのガス
をさらに処理し、品質を改良し、脱しんおよび脱硫して
、さらに有用で価値ある製品を得ることが望ましい。こ
れらの工程を実施する場合、熱い間に燃料ガスを処理す
ることによってエネルギー損失を最小にすることが望ま
しい。

本明細書における用語「品質改良」は、ガスの品質を高
めることによって燃料ガスの発熱量を高めることを意味
する。用語「品質」は、全酸化体に対する全還元体の比
として定義される、さらに語「エンリッチ」は、メタン
のような炭化水素の添加によってガスの発熱量ヲ高める
ことを意味する。

典型的なニレトレンド・ベッド型石炭ガス化装置からの
合成ガスの排出温度は一般に少なくとも１２６０℃（２
３００Ｆ）であることが知られている。しかしながら、
この温度は燃料ガスを石灰石やドロマイトで脱硫する必
要があるときには若干高過ぎる（約９８０℃の温度がよ
り適当である）。

その温度を下げるのに、これまでは高温合成燃料ガスを
冷却器のテンパリング・ガスと混合することによって行
ってきた。この方法は非常に有効であるけれども、得ら
れる混合体の発熱量並びにより高いガス温度が犠牲にな
り、著しい全熱エネルギー損失をもたらす。例えば、発
熱量は冷ガスの発熱量が低いときは常に低くなる。テン
パリング・ガスを使用する方法は米国特許第４．２３４
．１６９号に開示されており、金属化鉄を製造する直接
還元シャフト炉からのトップ・ガスを高温合成燃料ガス
と混合している。

また、高部合成燃料ガスを炭素を含むノく−トン（装入
積載物）と向流シャフト炉内で反応させて、合成燃料ガ
スの温度を下げると共にその硫黄含量を下げる方法が知
られている。かかる方法も米国特許第４．２３４．１６
９号に記載されている。品質改良は、シャフト炉内で燃
料ガスと炭素含有バードンと反応させ、燃料ガスからＣ
Ｏ□およびＨ２Ｏのような酸化体を除去することによっ
て達成される。

問題点を解決するための手段 本発明の主目的は、ガス状または非ガス状の燃料から燃
料ガスを製造する方法および装置を提供することである
。

また、本発明の目的は、ガス状または非ガス状燃料から
清浄で低硫黄の燃料ガスを製造する方法および装置を提
供することである。

本発明のもう１つの目的は、石炭や泥炭のような固体炭
素質原料から清浄で低硫黄の燃料ガスを製造する方法お
よび装置を提供することである。

さらに、本発明の目的は、燃料ガスの品質を改良する方
法および装置を提供することである。

本発明は、石炭から清浄でエンリッチの合成燃料ガスを
製造する新規の優れた方法および装置に関する１石炭は
、最初適当な装置、例えばエントレンド・ペンド・ガス
化装置を使用してガス化して、高温合成燃料ガスを生成
する。このガス化工程の後に、合成燃料ガスと第２の燃
料間の吸熱化学反応がエンリッチおよび品質改良の合成
燃料ガスを生成するところの品質改良およびエンリッチ
工程が続く。その合成燃料ガス流から比較的大きい粒子
を除去するために高温サイクロンを使用することが望ま
しい。脱硫が必要な場合には、合成燃料ガスをシャフト
炉内でか焼石炭石と向流反応させて、その硫黄含量を低
下させる。燃料ガスとか焼石灰石間の反応によって生成
される王としてＯａＳとＣａＯからなる固体分は、シャ
フト炉から回収されて固体廃棄物として廃棄する。

さらに詳しくは、本発明の実施において石炭はガス化さ
れて、約１１５０〜１５４０℃の範囲の温度で合成燃料
ガスを生成する。次に、その合成燃料ガスは第２の燃料
と混合、反応してより低い温度で品質改良およびエンリ
ッチの燃料ガスを生成する。典型的に、品質改良および
エンリッチの合成燃料ガスはダストと固体分を含む。サ
イクロンは、冷却、品質改良およびエンリッチの合成燃
料ガスから大部分のダスト、木炭および他の固体分を除
去する。これらの固体分は燃料としてガス化装置へ再循
環される。サイクロンからの品質改良、エンリッチおよ
び清浄化合成燃料ガスはシャフト炉に導入されて、向流
関係において内部のバードンを流通する。バードンに含
まれる石灰石は、高温流動ガス流にかつて約９００〜９
２５℃の温度でか焼される。被か焼石灰石は、品質改良
の合成燃料ガス中の硫黄化合物と反応してＣａＳを生成
することによって品質改良およびエンリッチの合成燃料
ガスの硫黄含量を下げる。第１のサイクロンによって除
去されないダストおよび他の固体分もか焼石灰石の表面
に付着する傾向にあり、それによってバードンが補充さ
れるときに除去される。さらにダストを除去する必要が
ある場合には、それは品質改良およびエンリッチの合成
燃料ガスを第２のサイクロン・クリーナに導入すること
によって行うことができる。

実捲例 本発明によるエンリッチおよび品質改良の合成燃料ガス
を装造する装置は非ガヌ状−次燃料（例えば、石炭）を
生成する手段、吸熱化学反応を利用して品質改良の合成
燃料ガスを生成する。合成燃料ガスをエンリッチおよび
品質改良する手段、−次ダスト除去装置としてサイクロ
ン・クリーナを使用して品質改良した合成燃料ガスから
固体分の大部分を脱しんおよび除去する手段、および合
成品質改良燃料ガスとか焼石灰石のような脱硫剤とを相
互に反応させることにより（例えば、次式ＣａＯ十Ｈ２
０→ＣａＳ＋Ｈ２０によって）エンリッチおよび品質改
良の合成ガスを脱硫する手段を含む。

本発明の実施において、石炭のような適当な燃料は管１
２を介してガス化装置ｌＯに導入する。

従来の設計であるガス化装置１０は約１０９５℃以上の
温度で合成燃料ガスを生成する。石炭をガス化すると仮
定すると、合成燃料ガスはかなりの量のダストと硫黄を
含み、比較的低品質のものとなる。この比較的低品質、
すなわち「よごれた」合成燃料ガスはガス化装置１０か
ら適当な管１４を通ってインゼクタ装置１６の第１の入
口へ流れる。

インゼクタ装置１６において、ガス化装置１０からの高
扁合成燃料ガスは第２の管１８によってインゼクタ１６
へ導入される第２の燃料と混合されて反応する。

望ましい実施態様における第２の燃料は極微細なダスト
状粒子を除いた破砕石炭である。破砕石炭は適当なキャ
リヤーガス流によって管１８を介して送られる。インゼ
クタ装置１６における石炭の炭素成分は、ガス化装置ｌ
Ｏからの合成燃料ガスの二酸化炭素および水成分と反応
して、合成燃料ガスの品質を改良すると共にエンリッチ
するところの一酸化炭素と水素を生成する。必要ならば
、さらに少量の余分の水（水蒸気）を燃料ガスに添加す
ることができる。インゼクタ１６において生じるこれら
の温度低下およびガス品質の改良反応は次の通りである
： Ｃ＋ＨＯ→　ＣＯ＋Ｈ２ ａ＋ａｏ□　→　２ＣＯ これらの吸熱反応は、インゼクタ１６の出口において合
成燃料ガスの温度を約９８０℃に低下させながら合成燃
料ガスをエンリッチおよび品質改良する。これらの吸熱
反応を行うのに必要な熱は管１４を介して入る高温燃料
ガスの熱エネルギーによって供給される。これらの吸熱
反応の結果として、合成燃料ガスの品質が改良される。

これらの反応は合成燃料ガスの発熱量を増大させると共
に、さもないと失われるガスの熱エネルギーを化学エネ
ルギーに転化する。

管２０は品質改良された合成燃料ガスをインゼクタ１６
から第１のサイクロン・ガスクリーナ３０の入口へ運ぶ
。ガス化装置１０およびインゼクタ１６からの木炭およ
び他の固体分の大部分はサイクロン３０によってガス流
から除去されて、適当な管３１によってガス化装置１０
へ戻され、そこで主燃料の一部となる。サイクロン３０
を通過した後の品質改良、エンリッチおよび冷却の合成
燃料ガスは固体分を比較的含まない。

この品質改良、エンリッチ合成燃料ガスは、以下に記載
するように第１および第２の弁３８と４０を介してそれ
ぞれ第１および第２の加圧向流シャフト炉３４と３６に
導入される。

第１のシャフト炉３４の上端部に装着された供給パイプ
５０はシール機構５２と供給ホッパ５４を支える。同様
に、排出管６０に取り付けられた第２のシール５６は第
１のシャフト炉３・黍の下端用シールを提供する。第２
の炉３６は第１の炉３４と本質的に同一である。供給パ
イプ７０は圧力シール機構７２と供給ホッパ７４を第２
の炉３Ｇの上端に取シ付ける。下部のシール機構８１は
供給パイプ７６によって第２のシャフト炉３６の下端部
へ装着される。

合成燃料ガスの品質改良、清浄化およびエンリッチをす
る工程を開始する前に、第１および第２のシャフト炉３
４と３６にはそれぞれ適当なバードン５５と７９が提供
される。前述のように、これらのバードンはか焼石灰石
やドロマイトのような適量の脱硫剤を含む。適当なバー
ドンの提供において、炉は原料の石灰石やドロマイトを
チャージされて、バードンを加熱する通常の方法で少な
くとも部分的にか焼される。

バードンが少なくとも部分的にか焼された後、サイクロ
ン３０からの高温エンリッチおよび品質改良の合成燃料
ガスは管３２、弁３８、炉３４のバラスルおよび羽口系
８２を通って、バードン５５を上方へ流通する。品質改
良の合成燃料ガスがノ（−トンを上方へ流通する際に、
エンリッチおよび品質改良の合成燃料ガスの硫黄化合物
は石灰と反応して、品質改良およびエンリッチの合成燃
料ガスの硫黄含量を下げる。高嵩合成燃料ガスからの熱
はバードンのさらに別の部分を加熱およびか焼し続けて
、ガス中の硫黄が石灰と反応する際に）（−トンから除
去された石灰を部分的に置換する。

ガス流に含まれるダストおよび固体分はバードン材料に
付着してさらに脱じんをする。脱しん、脱硫、品質改良
およびエンリッチされた合成燃料ガスは炉３４を排出し
て、弁７８と管８６を通って高ｌＢサイクロン８８へ流
れる。

この工程は、シャフト炉３４を出る品質改良およびエン
リッチの合成燃料ガスの硫黄濃度または流量が脱硫効率
が硫黄および固体分による）（−トン５５の汚染のため
に許容値以下に低下したことを示すまで続ける、そして
その時点で品質改良およびエンリッチの合成燃料ガス流
は弁４０と８０を開けることによって第２のシャフト炉
３６に再び向けられる。第１のシャフト炉３４は弁３８
と７８を閉じることによって運転不能にされる。バード
ン５５の所定量が管６１を通ってコンベヤ装置６２によ
って排出除去される。バードン５５の補充は上部シール
機構５２を開けて、新しい石灰石を供給ホッパ５４を介
して炉３４に装入することによって達成される。バード
ン５５の一部の排出およびその補充に続いて、上下のシ
ール機構５２と５６を閉じて炉３４を密封する。高温ガ
スが炉内の新しい石灰石を加熱およびか焼して石灰を生
成する。バードン５５の補充は、第２の炉３６を出る燃
料ガスの硫黄濃度が脱硫効率が許容値以下に低下したこ
とを示すとき、第１の炉３４を燃料ガスの脱硫に使用可
能な状態に置（。

炉３４に対して、第２の炉３６内のバードンも脱しんお
よび脱硫サイクル中に不動であることを注目すべきであ
る。品質改良された合成燃料ガスがバードン７９を迎っ
で上昇する際に、シャフト炉３４について前述したプロ
セスと同一の脱しんおよび脱硫プロセスがバードン７９
を連続的に汚染し、炉３４について記載したのと同じよ
うにその効率を下げる。第２の炉３６を出る燃料ガスの
硫黄濃度が、脱硫効率が許容値以下に低下したことを示
すとき、または出口９３で第２の炉３６を出る燃料ガス
の流量が、その各号が許容値以下に低下（バードン中の
過剰な微粒子のために）したことを示すとき、弁３８と
７８を開け、弁４０と８０を閉じて、品質改良およびエ
ンリッチの合成燃料ガスを再び第１の炉３４に向けて、
前述のようにバードン５５を補充する。石灰、硫化カル
シウム、ダストまたは非か焼石灰石を含むバードン７９
の一部は、下部シール機構８１を開けてバードン材料の
一部を排出管７７を通して排出させコンベヤ８２によっ
て除去することによって第２の炉３６から除去される。

バードン７９の所定部を排出した後、下部シール機構８
１を閉じ、上部シール機構７２を開けて供給ホッパ７４
から石灰石を装入することによってバードン７９を補充
する。

バードン７９を補充した後、上部シール機構７２を閉じ
ると、炉３６は品質改良された合成燃料ガスを脱硫する
状態になる。

適当な時間間隔の後、前述のように弁４０と８０を開け
、弁３８と７８を閉じて、品質改良された合成燃料ガス
を再び第２の炉３６に向けて脱しんおよび脱硫を行う。

か（して、交互サイクルが連続的にくり返され、一方の
炉は脱じんと脱硫に利用され、その間他方の炉は清浄化
されてそのバードンが補充される。炉３４と３６はこの
サイクルで交互に運転されて、高温処理燃料ガスの連続
生産をする。この実施例の処理燃料ガスは清浄化、脱硫
、エンリッチおよび品質改良された合成燃料ガスからな
る。

上記実施例における石灰は第２の燃料として利用される
天然ガスやメタンのような他の燃料も使用可能である。

メタンを第２の燃料として使用すると、合成燃料ガスに
含まれる水蒸気がメタンと反応して一酸化炭素と水素を
生成する。同様に、二酸化炭素はメタンと反応して一酸
化炭素と水素を生成して、品質改良された合成燃料ガス
を生成する。必要ならば、合成燃料ガスに水蒸気やｃｏ
２を添加して、合成燃料ガスに必要なこれらの反応物質
の不足を補って品質を調節する。これらの反応は以下に
示すと共に、石炭について前述した冷却反応に類仰して
合成燃料ガスのｎ度低下をもたらす： ＣＨ＋ＨＯ→　ＣＯ＋３Ｈ２ ＣＨ＋ＣＯ→　２ＧＯ＋２Ｈ２ 上記の操作サイクルを検討すると、本発明の実施に便の
システムの構造および方法のパラメーターも利用できる
ことは明白である。例えば、３つの炉を利用して、２つ
の炉を運転し、その間に第３の炉を再装てんして内部の
バードンを補充することができる。かかるシステスの基
本的要件は、１つの炉を停止する必要があるときに適切
に再装てんされた炉が常に利用できるように、炉の運転
サイクルが交替することである。また、１つの炉が運転
されている間に炉を再装てんするところの１つの炉で連
続的に運転することもできる。かかる運転は、バードン
がシャフト炉を降下する際に石灰や石灰石および他のバ
ードン材料の粒子に付着するダストが遊離して炉の上部
に重ダスティング状態をもたらすので、前述の交互サイ
クルよりも望ましくない脱しん方法と考えられる。また
、バードンが炉を降下する際に粒子間のこすシ合いによ
って若干量のダスト生じ、それが炉から第２のサイクロ
ン８８へ高ダスト・キャリオーバをもたらす。また、第
１の炉内のバードンを補充する必要があるときに第２の
炉を完全に充てんできる、さもなければ運転可能な状態
にあるように第１の炉を設計することによって、第２の
炉に石灰石を装入する前に脱しんおよび脱硫サイクルを
開始することもできる。バードン内の石灰石の全てまた
は一部をドロマイトに代えることも可能である。

本発明の実施において、インゼクタ１６は合成燃料ガス
と第２の燃料とを十分に混合する装置であればいずれも
使用できる。装置の他の部分は市販の構成要素および周
知の組立て法を用いて組み立てることができる。従って
、本装置の構造上の特徴を詳細に説明する必要はないと
考えられる。

以上説明した脱しんおよび脱硫装置並びに方法はいわゆ
る複合サイクル発電に特に有用である。

かかる方法において、管９２を介して排出される嵩高、
品質改良およびエンリッチの合成燃料ガスは燃焼タービ
ン用の燃料として使用される。燃焼タービンからの排ガ
スは熱回収ボイラを通して再循環されてその１度を下げ
て、サイクルの全効率を改善する。

発明の効果 以上記載した本発明の好適な実施例から、本発明が石炭
のような化石燃料から清浄で低硫黄、品質改良およびエ
ンリッチされた合成燃料ガスを装造する優れた方法およ
び装置を提供することは明らかである。さらに、本発明
は、ダストおよび固体分を除去するためにサイクロンを
使用して、石炭をガス化することによって生成された合
成燃料ガスを同時にかつ効率的に品質改良、エンリツチ
ングおよび冷却する方法および装置を提供することは明
白である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に従って燃料ガスをエンリッチおよび品質
改良するのに必要な装置を示す略因である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の燃料をガス化して合成燃料ガスを生成し、該
   合成燃料ガスを第２の燃料と反応させて品質改良および
   エンリッチされた合成燃料ガスを生成し、該品質改良、
   エンリッチされた合成燃料ガスを硫黄除去用バードンに
   対して向流関係においてシャフト炉を流通させることに
   よって、該品質改良、エンリッチされた合成燃料ガスを
   前記バードンと反応させて、該品質改良、エンリッチさ
   れた合成燃料ガスから硫黄を除去する工程からなること
   を特徴とする品質改良および被脱硫合成燃料ガスの製造
   方法。 ２、前記合成燃料ガスと第２の燃料とを反応させる工程
   が吸熱反応であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ３、前記バードンは石灰、石灰石、ドロマイト、か焼ド
   ロマイトまたはそれらの混合物からなる群から選ぶこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４、前記品質改良された燃料ガスが、該品質改良および
   被脱硫燃料ガスからさらに固体分を除去するためにサイ
   クロンに向けられることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の方法。 ５、前記第２の燃料が固体炭素質材料であり、前記方法
   が第１および第２の燃料をサイクロンに向けて該燃料ガ
   スから固体分を除去する工程からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ６、前記第２の燃料が石炭であることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載の方法。 ７、前記第２の燃料がメタンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載の方法。 ８、前記炉に燃料ガスを導入する前に、燃料ガスの温度
   を約８１５〜１０４０の範囲に調節する工程をさらに含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ９、前記炉に燃料ガスを導入する前に、燃料ガスの温度
   を約８７０〜９８５℃の範囲に調節する工程をさらに含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の方法
   。 １０、（ａ）石炭をガス化して合成燃料ガスを生成する
   工程、 （ｂ）石炭を破砕し、ふるい分けして所定サイズの石炭
   からなる第２の燃料を調製する工 程、 （ｃ）前記第２の燃料を前記合成燃料ガス中に噴入して
   、該合成燃料ガスと第２の燃料と を反応させて、第２の温度で品質改良、エ ンリッチされた合成燃料ガスを生成する工 程、 （ｄ）前記品質改良された合成燃料ガスを前記第２の温
   度でサイクロンに導入して、該品 質改良された合成燃料ガスから大部分の木 炭およびダストを除去する工程、 （ｅ）前記品質改良された合成燃料ガスをか焼石灰石を
   含むバードンを装入したシャフト 炉に通すことによって、該品質改良された 合成燃料ガスの硫黄含有成分と前記か焼石 灰石とを反応させて該品質改良された合成 燃料ガスから硫黄を除去する工程、および （ｆ）前記品質改良された合成燃料ガスを第２のサイク
   ロンに導入して、該品質改良され た合成燃料ガスからさらに固体分を除去す る工程からなる ことを特徴とする品質改良された脱硫合成燃料ガスを製
   造する方法。 １１、前記合成燃料ガスがバードンを流通する間、該バ
   ードンを不動状態に保つ工程をさらに含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２、（ａ）固体の化石燃料をガス化して合成燃料ガス
   を生成する手段、 （ｂ）前記合成燃料ガスと第２の燃料とを混合して、よ
   り低温で品質を改良した合成燃料 ガスを生成する手段、 （ｃ）前記品質を改良した燃料ガスから固体分を除去す
   る手段、 （ｂ）前記品質改良合成燃料ガスを硫黄低減剤と反応さ
   せて、該品質改良合成燃料ガスの 硫黄含量を下げる手段、 からなることを特徴とする固体化石燃料から品質改良お
   よび脱硫燃料ガスを製造する装置。 １３、前記合成燃料ガスを第２の燃料と混合する手段が
   、合成燃料ガスおよび石炭を導入する手段を有する混合
   インゼクタからなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １２項に記載の装置。 １４、前記合成燃料ガスを第２の燃料と混合する手段が
   合成燃料ガスとメタン用混合インゼクタからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の装置。