JP2668266B2 - 高温高圧粗合成ガス流中の汚染物を変える方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末石炭のような微粉砕固体燃料を酸素含有
ガスと一緒にバーナを経て反応器またはガス化器に導入
し、そこから高温粗合成ガス流を少量の汚染物質（その
あるものは反応器の下流に位置する装置に付着しやすい
粘着性外面を有する粒子の形でありうる）と一緒に排出
する該固体燃料の部分燃焼方法に関する。

部分燃焼は全部の燃料粒子を、純粋な形でまたは窒素
の輸送流のような他のガスと混合して導入される化学量
論量未満の量の酸素と反応させて燃料を水素と一酸化炭
素に部分酸化することである。この部分燃料は燃料を二
酸化炭素と水に完全に酸化する完全燃焼とは異なる。

ガス化器中での粉末石炭の部分燃焼プロセス中に、石
炭の鉱物質は石炭がガス化される時２つの流に***す
る。生成する溶融スラグはガス化器の底に落下してそこ
で排出される。やはり生成するフライアツシュまたはフ
ライスラグの軽量粒子はガス化器の頂部を通ってガス冷
却器、熱交換器または廃熱ボイラ（ここでスチームを発
生させうる）に管で送られる合成ガス流により運び出さ
れる。

ガス化器からの生成物合成ガスの排出中に、粘着性の
フライアツシユ粒子がガス化器からの出口管の壁に沈着
しそこで固化して管をつまらせやすいという問題が生ず
る。更に或場合には粘着性フライアツシユ粒子が冷却器
のフインまたは管束に沈着して冷却器の効率を低下させ
る。いずれの場合も、周期的に装置を清浄化するたにプ
ロセスを中断しなければならず、これはプロセスの所望
の連続運転には受容しえない。

上記問題を解決する試みにおいて、ガス化器からの出
口管の内壁上にガスシールドを形成させて該内壁をそこ
に粘着性粒子が付着するこから保護することが以前提案
された。出口管を通って冷却器へ行く生成物ガス流は管
の全長にわたりより冷たいガス鞘で囲まれるであろう。
斯て、管壁付近のガス流中の粘着性粒子はそれらが周囲
の冷たいガス鞘に遭遇した時、それらが壁に行当る前に
アツシユ粒子が固化して粘着性を失う程度に冷却されう
る。その提案によれば、より冷たいガスの保護鞘はガス
化器からの出口管の上流端の環状スリツトを経て導入さ
れるべきであった。しかし、或場合には冷却ガスのシー
ルドまたは鞘が早すぎる時期に、粘着性フライアツシユ
粒子の冷却操作に不満足なような撹乱または崩壊される
ことが見出された。

本発明は少なくとも１重量％のアツシユを含有する微
粉砕炭素質燃料を反応器またはガス化器中で部分燃焼し
て生成物ガス（主として一酸化炭素と水素）を製造し、
該生成物ガスはそれと一緒に、それが反応器を出る時
に、フライアツシユまたはフライスラグの粘着性粒子、
またはアルカリ金属塩化物、珪素および／またはアルミ
ニウム酸化物または他の鉱物性種からなりうるアツシユ
形成性成分を搬送する前記部分燃焼方法に向けられてい
る。反応器中で優勢な温度においてアツシユは通常粘着
性である。特に、部分燃焼がバーナ炎中で進行ガス化に
より行われる場合、ガス化器または反応器中の滞留時間
は流動または移動床法でのガス化に比べて非常に短く、
そして温度は非常に高い。

本ガス化プロセス中に形成されるアツシユは、反応器
中で優勢な条件、通常1050ないし2200℃の温度で少なく
とも部分的に液体の形である。アツシユ粒子が完全に液
状ではないから、それらは一般に、少なくとも部分的に
溶融スラグから成るか、または部分的に溶融した稠度を
有する燃焼生成物または残渣であろう。反応器の高温度
は、プロセス装置中で冷えた時粘着性の形をとりうる或
種他の副生物を気化するに充分である。

本発明の目的は、1200℃以上の温度で反応器を出る合
成ガス流出流中に含まれる通常粘着性の粒子の少なくと
も外面を固化させることである。

従って本発明は、実質的に乾燥した粒状石炭と酸素を
反応器のガス化域へ、還元性雰囲気を維持するような石
炭と酸素の比で供給し、そして粗合成ガス（このガスは
それと一緒に、固体粒子形の時に反応器の下流の装置に
付着しやすい粘着性外面を有する少なくとも１つの汚染
不純物の少量をも搬送する）を生成することにより、石
炭を高温で部分酸化する合成ガスの製造方法において、 −より低い温度の急冷ガスの流をより高い温度の合成ガ
ス流中に、実質的に反応器を出る直後に注入して粘着性
汚染粒子を冷却することにより、反応器からの合成ガス
の流出流により運ばれる汚染物の粘着性粒子の粘着性を
低下させる段階；および −汚染粘着性粒子を含む合成ガスと注入された急冷ガス
の結合混合物を、実質的に眞直な導管を通して乱流条件
下に、結合流を充分に混合して粒子の少なくとも外面の
粘着性を下流装置を妨害しない形に低下させるに充分な
時間流すこと、 により特徴付けられる前記製造方法を提供する。

本発明に従って、反応器からの排出管の第１セクショ
ンを形成する管の長い眞直な急冷セクションを備えるの
が望ましい。この点における生成物ガスの温度は例えば
1400℃でありうる。数百度冷却された生成物ガスの流が
プロセス中の選ばれた点から再循環されそして急冷ガス
として反応器排出管の急冷セクションの上流端に注入さ
れる。冷たい急冷ガスを熱い反応器流出流と、それが急
冷セクションに入る時に混合し、そして混合物を充分な
長さの眞直な急冷セクションを通して乱流条件下に流す
ことにより、熱い合成生成物ガスおよびそれにより運ば
れる粘着性粒子はより冷たい急冷ガスと充分に混合さ
れ、それにより溶融または粘着性粒子が“凍結”または
少なくとも粒子の外面が下流装置または配管の壁に付着
しない程度に非粘着性になることを可能にする。

従って本発明は ａ） 1505℃ないし約2200℃の温度で合成ガスを製造す
る石炭ガス化のための少なくとも１つのガス化器または
反応器を含み、該ガス化器は酸素と混合される乾燥粒状
石炭を利用するに適合しそしてスチームおよび水との間
接熱交換に適合した熱交換面を有する石炭ガス化プラン
ト； ｂ） ガス化器のガス排出口に装着されそしてそれと流
通連絡し、より低い温度の急冷ガスを注入して乱流条件
下に熱い流出合成ガスおよびそれにより運ばれる粒子と
混合しうる長い眞直な冷却または急冷セクションまたは
導管； ｃ） 該ガス化器とガス流通連絡する少なくとも１つの
熱交換器を含み、該熱交換器はガスおよびそれにより運
ばれる粒子を更に冷却するに適合した少なくとも１つの
セグメントを含む熱交換セクション； ｄ） 該熱交換器と流通連絡し、そして該合成ガスから
実質的にすべての粒子およびH₂Sのような種々の不純物
ガスおよび他の汚染物を除去する手段を含むガス浄化セ
クション；および ｅ） 急冷セクションへ再循環するための低下した温度
および低下した粒子含量の急冷ガスの源、を含む合成ガ
ス発生コンビナートでの使用に設計される。

特に本発明は ａ） 乾燥粒状石炭および酸素をガス化域に供給するこ
とにより高温で石炭を部分酸化し、ガス化域は好ましく
は石炭酸化のための少なくとも１つのバーナを含み、石
炭と酸素の比は還元雰囲気を維持するようなものであ
り、そして約1050℃ないし約2200℃の温度を有する粗合
成ガスを製造し、そして該ガス化域中の該合成ガスか
ら、約100℃ないし約350℃の温度のスチームおよび水と
の間接熱交換により熱を除去し； ｂ） 粗合成ガスおよびそれにより運ばれる粘着性粒子
を該ガス化域からの排出管の上流端に形成された長い眞
直な急冷室に通し； （ｃ） 冷却急冷ガスを該急冷室に注入して冷却急冷ガ
スを熱い合成ガスと乱流条件下に混合して粘着性粒子の
少なくとも外面を非粘着性状態に変え； ｄ） 段階ｃ）からの粗合成ガスを当該技術分野で周知
の適当な形の熱交換域に通し、そして該合成ガスおよび
それにより運ばれる粒状物質から熱を除去し；そして ｅ） 該粗合成ガスから粒子を除去し、実質的に粒子の
ない合成ガスを製造し、該ガスの一部は再循環して急冷
室に注入するに適合する、 諸段階を含む合成ガスの製造方法を提供する。

本発明の有利な態様では粗合成ガスは少量の気化した
鉱物質をも含有しそして該還元段階は急冷ガスが注入さ
れる合成ガス流より低い温度の急冷ガスの或容量の注入
により気化鉱物質を凝縮することを含む。

本発明の他の有利な態様では急冷ガス流を粗合成ガス
流中にその外周のまわりの複数の点で注入して該ガス注
入域で合成ガスおよびそれにより運ばれる粘着性粒子の
熱い流のまわりにより冷たい急冷ガスの鞘を形成させ
る。

本発明の更に他の有利な態様では急冷ガスは下流点か
ら取られた、少量のより低い温度の汚染不純物の固体粒
子を含む合成ガスであり、該粒子は反応器を出る流出粗
合成ガス流中の不純物の少なくとも１つと同じ組成のも
のである。

ガス化器シエル中で発生するスチームは熱交換域へ通
すことができ、そこで過熱されて次の利用のために送る
ことができる。ガス化は約1050℃ないし約1650℃のガス
化器出口温度を有する合成ガス製造に適当な技術を利用
して実施しうる。

或種流動床酸化器はここで述べた条件下でそのような
ガス温度を生ずることができるけれども、本方法は有利
には少なくとも１つのバーナを含むガス化器で実施され
る。そのような方法は有利には、乾燥粒状石炭、即ち約
10％以下の含水率を有する石炭の酸素での燃焼を含むで
あろう。或場合には燃焼を助けるためにスチームを点火
することができる。使用する石炭の型は重要ではない
が、亜炭または褐炭のような低級石炭を使用しうること
が本発明の一利点である。石炭の含水率が高すぎて上記
要件に合致しないから、石炭は使用前に乾燥されるべき
である。雰囲気は酸素の水分およびアツシユを含まない
石炭に対する重量比を約0.6ないし1.2特に0.9ないし1.0
の範囲に調節することにより還元性に維持されるであろ
う。用いられる装置および手順の特定的詳細は本発明の
要部を形成するものではないが、米国特許第第4,350,13
0および4,458,607号明細書に記載されているものを用い
うる。しかし、必要な高温度の点からみて、インコネル
およびインコロイ800、即ち高クロム−モリブデン鋼の
ような適当な構造材料を長い交換器寿命のために過熱の
役目に使用すべきである。ここに記載した有利な手順を
実施することにより、または述べた有利な構造的面を利
用することにより、前記のように、送り管または装置に
付着および／または閉塞するかもしれない粘着性物質の
粒子を含まない合成ガス流が得られることが本発明の利
点である。

用いられる装置の個々の型は、述べた制限内で、臨界
的でない。本発明の鍵は、既述のように、個々の型の石
炭ガス化技術またはプラクテイスと清浄な送り配および
装置および改善されたエネルギー効率を達成する操作ま
たは構造の賢明な統合である。用いる圧力は臨界的でな
く、当該技術分野の熟達者は、特定された温度が与えら
れれば、本発明の種々の装置中の適当な圧力水準を提供
することができる。

本発明を例として添付図面を参照してより詳細に記載
する。

図はプロセスフロー型を略図的に表したもので、特殊
化されたガス化器とガス化器中で生じた粘着性物質の粒
子を実質的に除去するための装置の効率的統合を説明す
る。以下それに関する記載で特定した値はすべて計算さ
れたか、または単に説明的である。

第１図を参照して、乾燥粒状石炭（平均流子寸法約30
ないし50ミクロンおよび含水率約10重量％以下）をライ
ン（１）を経てガス化器（３）のバーナ（２）へ供給す
る。明快のため、１つだけのバーナ（２）を示してあ
る。ガス化器（３）は垂直長方形容器、例えばバーナ域
で円筒形でほぼ円錐形または凸めの上および下端を有す
るものであることができ、そして冷却流体循環用の周囲
の膜壁構造（４）により画定される。有利には、一般に
円筒形の反応器壁は、互いに“膜”または曲板により隔
てられた複数の熱交換管を含み、該管はそれらの末端で
水のような熱交換流体の連続流のために連結され、そし
てまた該流体のための多数の入口／出口を当該技術分野
で周知の仕方で有する。付随的に、酸素をライン（５）
を経てベーナ（２）に導入し、酸素の水分およびアツシ
ユを含まない石炭に対する重量比は例えば約0.9であ
る。燃焼は約2200℃の炎温度を生じ、ガス化器の出口の
ガス温度は約1250℃ないし約1450℃である。ガス化器お
よび出口温度の調節は膜壁構造（４）中の冷媒により助
けられる。スラグは出口（1a）で排出される。

不純物を伴う熱粗合成ガスは選ばれた長さの眞直な長
い急冷ライン（８）を通ってガス化器（３）を出、該急
冷ラインの内部は、粗合成ガスおよびそれにより運ばれ
る不純物がプロセス中の適当な点からライン（６）を通
るより冷たい合成ガスにより急冷される急冷室を形成す
る。急冷ガスは140℃ないし約540℃でありうる。急冷ラ
イン（８）は熱回収のためジヤケツトをつけてもよい
（図解されていないが）。急冷されたガスは次に冷却器
または熱交換器（７）へ送られる。熱交換器（７）は有
利には多セクション交換器であり、急冷された合成ガス
は管中の流体により冷却される。

熱交換器（７）の低温セクションで約315℃ないし140
℃の温度に冷却された粗合成ガスはライン（14）を経て
清浄化セクシヨン（15）または固体分離器へ送られ、そ
こで粒子およびH₂Sのような種々の不純物ガスが除去さ
れうる。ガス浄化の詳細は本発明の要部を形成しない。
清浄作用に要するスチームは全プロセスにより発生する
ものから供給しうる。精製された合成ガスはセクシヨン
（15）からライン（17）へ出、そして使用の用意ができ
ている。乾燥固体不純物は出口（17a）で排出される。

第２図において第１図で使用したのと同じ参照番号が
適用される。ガス化器（３）から水平に走る第１図の急
冷ライン（８）の代わりに、第２図のガス化器（３）か
らの急冷ライン（８）はガス化器の頂部から垂直な計算
された距離延びるように図解される。急冷ライン（８）
の長さは、急冷ラインおよび再循環急冷ガス供給ライン
中の流速または流量、ガス化器からの粗合成ガスおよび
急冷ガスの温度、凝縮すべき粗合成ガス中の気化不純物
の性質、非粘着性にすべき合成ガス中の粘着性アツシユ
粒子の性質等といった多くの因子に依存する。

200トン／日の微粉砕炭を等重量の酸素で燃焼するパ
イロツト運転で試験を行った。１つの試験におけるガス
化器は約25バール（10ないし100バール範囲）で運転
し、生成物ガスはガス化器から汚染物と共に約1450℃で
排出した。清浄化および冷却後、約315℃の生成物ガス
流の一部の再循環してガス化器からのガス排出ラインの
実質的に最初のセクションを形成する急冷セクションの
上流端に急冷ガスとして注入した。

等質量の生成物ガスおよび急冷ガスを使用しうる。こ
の比は運転条件に依って生成物ガスの各質量に対し急冷
ガス0.5ないし4.0質量の間で変えて使用しうるが、急冷
室内で充分な冷却および乱流を達成するために、急冷ラ
インの長さはラインの内径の５ないし20倍である必要が
ある。急冷ラインのこの最小長さは、粒子がもはや粘着
性でなくなるライン中の点を粒子が通るまでその中にベ
ンドをもたないのが有利である。ガス化器の高い運転温
度において、シリカのおよび多くのアルカリ金属の低級
酸化物のような或不純物は気化する。これら物質は次に
プロセス装置の急冷セクションで凝縮され冷却される。
セクション直径の14倍の直線路を有する急冷セクション
は200トン／日の石炭を燃焼する系において９メートル
／秒の熱合成ガス流を処理した。

第２図に示す他の装置は第１図の構成分と同様であ
る。第２図は、急冷ライン（８）が、所望ならガス化器
から垂直方向に出て熱交換器（７）に頂部から入りうる
ことを示すために含めた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の実施に使用するプロセス装置の
一部の概略流れ線図、 第２図は本発明の方法の実施に使用する装置の他の配置
の概略線図である。 ２……バーナ、３……ガス化器、７……熱交換器、８…
…急冷ライン。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に乾燥した粒状石炭と酸素を反応器
   のガス化域へ、還元性雰囲気を維持するような石炭と酸
   素の比で供給して粗合成ガスを生成させ（このガスはそ
   れと一緒に、固体粒子形の時に反応器の下流の装置に付
   着しやすい粘着性外面を有する少なくとも１つの汚染不
   純物の少量をも搬送する）、より低い温度の急冷ガスの
   流をより高い温度の合成ガス流中に、実質的に反応器を
   出る直後に注入して粘着性汚染粒子を冷却することによ
   り、反応器からの合成ガスの流出流により運ばれる汚染
   物の粘着性粒子の粘着性を低下させることからなる、石
   炭を高温で部分酸化する合成ガスの製造方法において、
   汚染粘着性粒子を含む合成ガスと注入された急冷ガスの
   結合混合物を、実質的に眞直な導管を通して乱流条件下
   に、結合流を充分に混合して粒子の少なくとも外面の粘
   着性を下流装置を妨害しない形に低下させるに充分な時
   間流すことを特徴とする前記製造方法。
2. 【請求項２】粗合成ガスが少量の気化した鉱物質をも含
   有し、そして該還元段階が急冷ガスが注入される合成ガ
   ス流より低い温度の急冷ガスの或容量の注入により気化
   鉱物質を凝縮することを含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】急冷ガスが本方法により製造された水およ
   び粒子を含まない低温度生成物ガスであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または２項記載の方法。
4. 【請求項４】急冷ガス流を粗合成ガス流中にその外周の
   まわりの複数の点で注入して該ガス注入域で合成ガスお
   よびそれにより運ばれる粘着性粒子の熱い流のまわりに
   より冷たい急冷ガスの鞘を形成させることを特徴とする
   特許請求の範囲第１〜３項のいずれか記載の方法。
5. 【請求項５】粗合成ガス流に注入される急冷ガスの質量
   が合成ガスの質量の0.5ないし４倍であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜４項のいずれか記載の方法。
6. 【請求項６】急冷ガス注入点の下流の導管の直線セクシ
   ョンの長さが導管の直径の５ないし20倍であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれか記載の方
   法。
7. 【請求項７】急冷ガスが下流点から取られた、少量のよ
   り低い温度の汚染不純物の固体粒子を含む合成ガスであ
   り、該粒子は反応器を出る流出粗合成ガス流中の不純物
   の少なくとも１つと同じ組成のものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜６項のいずれか記載の方法。