JPS5822072B2 - 燃料ガスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体燃料の流体燃料への変換に関するものであ
る。

より詳しくは、固体燃料の気体燃料への変換に関するも
のであり、具体的には、環境汚染を最小限にとどめて電
気エネルギーに変換することができ、また必要に応じて
使用できる貯蔵可能な液体燃料に変換することができる
固体燃料の気体燃料への変換に関するものである。

数年前の石油通商停止以来、固体化石燃料をエネルギー
生産、特に電気エネルギー生産のために利用することが
かなり強調されてきている。

ところが、石炭を従来の発電所で燃やすと、周囲に放出
されるかなりの量の灰および硫黄が環境問題を起してし
まう。

このため石炭をガス化して、ガスタービン中で利用でき
るガスを生産することが示唆されてきている。

しかしながら、この場合操作のしやすいタイプの結合サ
イクル出力システムにおいては、適当なガスは約１８０
〜１５０ＢＵＴ／ＳＣＦの熱量を持つ必要がある。

ガス化されるべき固体化石燃料を水スラリーとして、ガ
ス化機に導びき空気での部分燃焼によりガス化した場合
、一般に生成ガスは約６０〜９０ＢＵＴ／ＳＣＦを含ん
でいる。

ガス化剤として高純度酸素を用いた場合は、生成ガスは
一般に３００ＢＵＴ／ＳＣＦ以上の発熱量を持っている
。

しかしながら、結合サイクル出力システムにおいては、
燃料ガスとしては、１００〜１５０ＢＵＴ／ＳＣＦの発
熱量を持つものが好ましい。

さらに、固体燃料のガス化機への導入には、機械上の問
題があり、特に、ガス化機が加圧下に操作される場合に
問題がある。

従って、本発明の一つの目的は、固体化石燃料を電気エ
ネルギーに変換することにある。

他の目的は、約１００〜］、５０ＢＴＵ／ＳＣＦの発熱
量を持つ燃料ガスを製造することにある。

さらに本発。明のもう一つの目的は硫黄含有固体化石燃
料を、環境汚染を最小限にとどめて電気エネルギーに変
換させることにある。

これらおよび他の目的は、下記の記載から当該技術分野
に属する者には明瞭になる。

本発明は、約１００〜１５０ＢＵＴ／ＳＣＦの発熱量を
持つ燃料ガスの製造法を提供するものであり、微細粉砕
固体燃料を溶媒と共に混合し、混合物を約３７１〜５１
０°Ｃ（７００〜９５０”Ｆ）の間の温度、約３５〜３
５０ ｋｇ／ｃｒＡ （約５００〜５０００ｐｓｉｇ）
の間の圧力下、添加の水素の存在下に加熱することによ
り、少くとも固体燃料の一部を溶解し、得られた混合物
から、約４８２℃（約９００″Ｆ）以下で沸騰する物質
を分離し、約４８２℃（約９００”Ｆ）以上で沸騰する
約２０〜５０重量％の残留物を、主としてＣＯとＨ２か
らなる第１生成ガスを製造するために第一部分酸化帯域
で、実質的に純粋な酸素で部分酸化させ、こフの場合少
（とも第１生成ガスの一部を添加の水素として可溶化帯
域に通し、約４８２℃（約９００下）以上で沸騰する残
留物の残りを、一酸化炭素、水素および窒素からなる第
２生成ガスを製造するために、第２部分酸化帯域で空気
からなるガスを・用いて部分酸化させ、第２生成ガスを
、約４８２℃（約９００”Ｔ−）以下で沸騰する部分の
分離を助けるために分離帯域に移し、約４８２°Ｃ（約
９００″Ｆ）以下で沸騰する部分から、約８０〜２００
ＢＴＵ／ＳＣＦの間の発熱量を持つ第３生成ガスを回収
することからなるものである。

本発明の製造方法により処理することのできる固体燃料
には、無煙炭、歴青炭、副歴青炭、亜炭、石油コークス
、有機廃棄物等のような燃料が含まれる。

供給原料固体燃料は、米国基準に基ず（１４メツシユの
ふるいで少（とも６０％が、好ましくは１００％が通過
するように粉砕する。

固体燃料は、５％以下、好ましくは３％以下の含水率を
持つものである。

従って、燃料がこれより多い水を含んでいる場合は、燃
料ガス、窒素等のような不活性ガスで乾燥させるとよい
。

乾燥は、粉砕の前、粉砕と同時、または粉砕後に行うこ
とができるが、粉砕と同時またはその後に行うのが好ま
しい。

以下の記載において、簡単のために、固体燃料を「石炭
」と称するが、この「石炭」とは、一般的な意味におい
て用いるものである。

石炭は粉砕および乾燥の後、溶媒と接触させる。

溶媒は、約１７８〜４８２℃（約３５０〜９００１好ま
しくは約２６０〜４２７℃（約５００〜８００’Ｆ）の
間の沸点範囲を持つ主に炭化水素液である。

当初の目的のためには、溶媒は、アントラセン油、クレ
オソート油、のような油、循環ガス油のような石油留分
、およびデカリンおよびテトラリンのような他の芳香族
化合物からなるものであってもよい。

次からは、生成物の一部を溶媒として用いてもよい。

溶媒は混合物中に、石炭の重量部基準で約０．７５〜５
部、好ましくは１〜４部で存在させる。

石炭−溶媒混合物を、約３７１〜５１０℃（約７００〜
９００″Ｆ）の間の温度まで加熱し、次いで可溶化帯域
に移行させる。

好ましい実施態様では、加熱は、少（とも１００、好ま
しくは１０００の直径比の長さを持つ管状加熱帯域を通
過する管流状態Ｆに行なう。

この加熱は、約３５〜３５０ｋｇ／ｃｒＡ（約５００〜
５０００ｐｓ１ｇ）、好ましくは７０〜１０５ｋｇ／ｃ
ｄ（１０００〜１５００ｐＳｉｇ）の圧力条件下で行う
。

水素は、石炭−溶媒混合物中に導入されるが、可溶化帯
域中に混合物を導入する前または、可溶化帯域に混合物
が存在する前に導入するのがよし・。

実際には外部からの水素の添加は、適当な溶媒を用いれ
ば、それが水素供与体として働くので、本発明の製造法
の操作に不可欠ではないが、水素添加することは、操作
の好ましいやり方である。

添加水素は、少くとも約４０％の水素を含むガスとして
導入されるべきであり、約９５％またはそれ以上の水素
を含んでいてもよい。

水素は、炭素質燃料の部分酸化により製造される合成ガ
ス、触媒リホーミング副成ガス、または、ＣＯ２除去ず
みの部分酸化工程生成ガスのシフト変換により製造され
た実質的に純粋な水素を導入してもよい。

このように「水素」という用語は、純粋でない水素を含
むことを意味する。

石炭−溶媒の混合物および添加された任意の水素は、実
質的に加熱帯域と同じ温度および圧力条件下に約１０秒
〜３０分、好ましくは３０秒〜２０分の時間の間、維持
される。

水素を、石炭−溶媒混合物に添加する場合、約２〜１０
０ＳＣＦ１０Ｔ溶化帯域に導入される石炭のポンドの量
、好ましくは、約５〜２Ｏ８ＣＦ／石炭ホントの量で存
在させる。

この場合、ＳＣＦは、ガス中における水素の実質量に相
当する。

回答化帯域を離れる際に溶媒と石炭の混合物に、添加水
素を含んでいるものもしくは含んでいないものは、好ま
しくはストリッピング帯域に入り、・この上部で水素お
よび加熱−可溶化工程の間に生成した蒸気が、非可溶化
石炭から分離される。

ストリッピング帯域の温度は、可溶化帯域と実質的に同
じ温度、即ち約３７１〜４８２℃（約７００〜９００下
）に保たれ、圧力は約２１〜４２に９／ｃｍ （約３０
０〜６００ｐｓｉｇ）に減少させる。

溶媒、液化された石炭および変化しな℃・石炭からなる
液相は、ストリッピング帯域を通過して下り、スｌ−Ｉ
Ｊッピング帯域に導入された液体物質のバーレル当り少
（とも１００Ｏ８ＣＦ、好ましくは３０００〜２０００
Ｏ８ＣＦの割合で、水素、窒素および一酸化炭素からな
るガスと向流接触となるように通過させる。

ストリッピングガスは、ストリッピング帯域の底部で降
下している液体流と向流的に接触して上向きに流れる。

この上向きの流れの間、ストリッピングガスは液相から
溶解蒸気物質を追加分離し、そして上昇した温度での延
長された時間保たれるので、ストリッピング帯域で追加
のクラッキングが起り、ストリッピングガスにより上向
きに移動される追加の気化物質の生成を伴う。

このようにして、溶媒のほとんどと液化石炭の大部分が
、ストリッピング帯域から上部に運ばれる。

水素、窒素、一酸化炭素、気化炭化水素および随伴の液
体気化水素からなるストリッピング帯域上部は、液体部
分と、約１００〜１５０ ＢＴＵ／ＳＣＦの発熱量を持つ通常ガス秋留分とに分離
される。

通常液体部分は、貯蔵のために送られるより軽い留分と
、追加の石炭−溶媒スラリーの分離のための溶媒として
再循環される約４８２℃（約９００’Ｆ）までの沸点よ
り重い留分と、４８２℃（９００下）以上の沸点の残留
分とに分離される。

より軽い留分とより重い留分との分割点は、新たな石炭
供給原料のための充分な溶媒が供給できるように、溶媒
バランスを保つように選択される。

通常は、分割点は、２０４〜３１６℃（４００〜６００
’ｌ：）の範囲である。

より軽い留分はピーク負荷に合う（ｍｅｅｔｉｎｇ ｐ
ｅａｋ １ｏａｄ ）のを助けるために、ガス化のため
の工程に保留してもよ（、また燃料のような他の利用の
ために、工程からぬき出してもよい。

後者の場合、好ましくは、貯蔵または輸出の前に、触媒
的水素化脱硫を行うとよい。

ストリッパー上部から分離された通常のガス状物質は、
エタノールアミン溶液でスクラビングすることによるよ
うな硫黄化合物の除去のための処理を行う。

これは、発電機とつながったガスタービンの操作のため
の、空気での燃焼に適している。

ガスタービンからの排気ガスは、清浄であり、追加の処
理なしで大気中に放出することができる。

ストリッピング帯域の底部からの約４８２℃（約９００
’Ｆ）以上の沸点の残留物は、より小さな部分に分けら
れ、約２０〜５０％はガス化剤として実質的に純粋な酸
素を用いて部分酸化によりガス化する。

石炭−溶媒スラリーを、炭素に対する酸素を元素比で約
０．８〜１２、好ましくは０．８５〜１．１となるよう
に酸素ガス化機に導びぐ同時に、残留物１ポンドにつき
約０．３〜０．５ポンドの水蒸気を酸素ガス化機の中に
導び匂酸素ガス化機中の温度は、約９８２〜１７６０℃
（約１８００〜３２００下）好ましくは約１０９３〜１
５３８℃（２０００〜２８００下）である。

酸素ガス化機中の圧力は、好ましくは７０〜１０５ｋｇ
／ｃｍ（１０００〜１５００ｐｓｉｇ）の間であるが約
３５〜２１０ｋｇ／ｃｄ（約５００〜３０００ｐｓｉｇ
の間の圧力でも使用することができる。

一酸化炭素および酸素からなる生成ガスは水蒸気をつ（
るための水で間接的熱交換により冷却され、ついで可溶
化帯域またはガス化帯域中の石炭−溶媒スラリーの中に
導びかれる。

このようにして製造された水蒸気は、ガス化における部
分で用いることもできる。

ストリッピング帯域からの底部の残りは、一般に残留物
の約５０〜８０％の間の量であるが、炭素に対する酸素
の元素比が０．９〜１．３、好ましくは０．９５〜１．
２となるようにガス化剤として空気からなるガスを用い
て空気ガス化機中で、残留物の１ポンドにつき、約０．
１ポンド以下、好ましくは０．０６ポンド以下の水蒸気
を添加してガス化する。

空気ガス化機中の好ましい反応条件は、１０９３〜１５
３８℃（２０００〜２８００下）の間の温度、２１〜４
２ｋｇ／ｃｄ（３００〜６００ｐｓｉｇ ）の圧力であ
るが、９８２〜１７６０’Ｃ（１８００〜３２００下）
の間の温度、７〜７０ｋｇ／ｃｒＡ （１００〜１００
０ｐｓｉｇ）の圧力を採用することもできる。

生成ガスは、水蒸気をつ（るための水による熱交換によ
って冷却され、っ℃・でストリッピング媒体として、ス
トリッピング帯域に送られる。

生成ガスの冷却によりつくられた水蒸気は、ガス化機に
再循環させることができ、その残りは、酸素ガス化機の
生成ガスの冷却により製造された水蒸気と＝緒にして、
発電機とやはり組合わされたスチームタービンの操作の
ために用いてもよい。

以下本発明の実施方法の一例を図面にもとづいて説明す
るが、ポンプ、バルブ、圧縮機等のような製造の多様部
品は、簡略化のため図面から省略されている。

図面において、ケンタラキーＡ１１歴青炭を粉砕乾燥機
１２の中に管１１を通して導びき、ここで１４メツシユ
ふるい（米国基準）を１００％が）通過するように粉砕
し、管１４からの窒素と接触させ、含水率が３０重量％
以下になるように乾燥させる。

乾燥石炭を次いでスラリー分離ユニット１５の中に管１
３を通して、供給し、ここで、管１６からの溶媒で、固
体濃度４０重量％を持つ石炭−溶媒スラリーにする。

この石炭−溶媒スラリーを次いで管１７を通して、４２
７°ｃ（ｓｏｏ下）に加熱された加熱および可溶化帯域
１８に導びき、この帯域を１０５ ｋｇ／ｃｒＡ （１
５００ｐｓｉｇ）の圧力下、石炭供給原料のポンド当り
５０ＳＣＦの割合で、加熱および可溶化帯域へと管１９
を通じて導かれた合計純度が９５％の水素および一酸化
炭素の存在下に通過させる。

このスラリーは、加熱および可溶化帯域１８中に４２７
℃（８００下）の温度、１０５ ｋｇ／ｌｙＡ （１５
００ｐｓｉｇ ）の圧力下に、１５分間乱流状態下に保
たれ次いで管２０を通して３５ ｋｇ／ｃｒｔ’ｔ （
５００ｐｓｉｇ ）の圧力に保たれた溶媒ストリッピン
グ帯域２１に通される。

基本的に２０．９％のＣ０１１２９％のＮ２．５７４％
のＮ２からなる４８２°Ｃ（９００下）の温度のガスを
、管２２を通して、スラリーのバーレル当り１２０００
ＳＣＦの割合で溶媒ストリッピング帯域に導びき、４８
２℃（９００’Ｆ ）以下の沸点の物質を管２３を通し
て除去する。

つぎに上部部分は、この分野の当業者には明らかなよう
に、分離帯域２４に導びかれ、種々の分離単位に分けら
れる。

通常、ガス状物質は、管２５を通して除去され、冷却お
よび凝縮物の除去の後、周辺温度でガス精製帯域２６に
供給され、ここで、Ｈ２ＳおよびＣＯ８を除去するため
にエタノールアミン水溶液と接触させる。

１５０ ＢＴＵ／Ｃｕ ｆｔの発熱量を持つ本質的に硫
黄を含まない生成ガスは、管２７により、ガスタービン
２８へと運ばれ、管２９からの圧縮空気で燃焼させ、燃
焼生成物がガスタービン２８中で膨張し、発電機３０を
作動させる。

ガスタービン２８は、また管３３を通して導びかれた空
気を圧縮する空気圧縮機３２を作動する３圧縮された空
気は、管３４を通して圧縮機３２から離れ、空気分離単
位３５へと選ばれた部分は、管１４を通して粉砕および
乾燥器１２中に乾燥のために窒素を供給する。

空気分離単位３５かもの酸素は、管４０により、酸素ガ
ス化機４１に送られここで、管４２および４３から導か
れたストリッピング単位（溶媒ストリッピング帯域）２
１からの４８２℃（９００′Ｆ）以上の沸点の物質の２
３％と管４６からの水蒸気とが反応して、主にＨ２とＣ
Ｏとからなるガスを生成する。

９９％の変化率を達成するため、酸素をＯ：Ｃの元素比
を０９５で、スラリーポンド当り０．４ボンドの割合で
導かれた水蒸気とともに供給する。

反応条件は、１３８２℃（２５２０’Ｆ）の温度、 ８
７．５ ｋｇ／ｃｍ（１２５０ｐｓｉｇ）の圧力下であ
る。

酸素ガス化機４１からの生成ガスは、管４７を介して、
熱交換機４８へ送られ、次いで管１９を通して加熱−可
溶化単位（加熱可溶化帯域）１８へ送られる。

また別の実施態様においては、酸素ガス化機４１からの
部分酸化生成物は、管５０により、水素発生機単位５１
へ送ることもでき、ここでシフト変換を行って、次いで
ＣＯ２を除去し、実質的に純粋な水素とし、これを、管
５２および１９により加熱可溶化単位（加熱・可溶化帯
域）１８に送ることもできる。

管３４を通じて圧縮機３２から出て（る圧縮された空気
の一部は、管６０を通して、空気ガス化機６１に送られ
、ここで管４２を通して空気ガス化機に導びかれたスト
リッパー（溶媒ストリッピング帯域）２１からの４８２
℃（９００’Ｆ）以上の沸点の物質の残りの部分酸化の
ために用いられる。

ガス化のための水蒸気は、管４７を通して供給される。

空気は、Ｏ：Ｃの元素比が１：１となるように、ストリ
ッピング帯域２１からのボトムスのポンド当り００４ポ
ンドの割合で導びかれた水蒸気とともに空気ガス化機６
１の中に導びかれる。

空気ガス化機６１は１３７１℃（２５００下）の温度、
３５ｋｇ／ｃ４（５００ｐｓｉｇ）の圧力で操作される
。

高温生成ガスは、管６３を通して空気ガス化機６１を離
れ、熱交換機６４中で部分的に冷却され、管２２を通し
てストリッピング単位２１のための高温ス） ＩＪッピ
ングガスを供給する。

熱交換機６４かもの任意に過熱された水蒸気は、熱交換
機４８からの任意に過熱された水蒸気と６５中で合流し
、次いでガスタービン２８かう管７１を通り、熱交換機
７５中に管７３から導かれた水と、間接熱交換を経て排
気ガスの熱交換によりつくられた管７１からの過熱水蒸
気と合流する。

この合流した高圧水蒸気が水蒸気タービン７７を通って
膨張し、発電機７８を作動し、凝縮物は管７９から除去
される。

管８０を通して熱交換機７５を出る排気ガスは、清浄で
あり、大気中に汚染なしに放出することができる。

液体回収単位（分離帯域）２４から、通常２４８℃（４
７５’Ｐ）までの沸点の液状物質を、管１００を通して
取り出し、２４８〜４８２℃（４，７５’Ｆ〜９００’
Ｆ）の沸点物質を、管１６を通して液体回収単位２４か
らスラリー製造単位（スラリー分離ユニット）１５に送
る。

管１００中の２４８℃（４７５”Ｆ）までの沸点物質は
、管１０４および１０５により貯蔵槽１０３に送っても
よく、また触媒的水素化脱硫のため水素処理単位１０６
に送ってから、管１０５を通して貯蔵槽１０３に運んで
もよい。

この物質は、工程からぬき出して直接ピーク・シェイピ
ング（Ｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇ ）のためガスタービン
供給原料として使用してもよい。

本発明の製造法からは先行技術をしのぐ種々の利点が生
ずる。

その利点としては、溶媒の回収のための空気ガス化生成
物の有効な熱の利用、ピーク・シェービングのための清
浄蒸留燃料の側流をつ（ること、高い全般的なガス化効
率および出力への変換、汚染物質の最小限の放出、２５
０ＢＴＵ／ＳＣＦに達する発熱量を持つガスタービン燃
料の製造、およびガスの過剰冷却の排除、そしてＣＯお
よびＨ２を石灰の液化のために利用する場合には、空気
ガス化機および酸素ガス化機からの生成ガスのスクラビ
ングである。

他の利点としては本発明の製造法では、残留物的２０〜
５０％だけが酸素でガス化されるので小規模の酸素プラ
ントですみ、そして、空気分離プラント圧縮空気供給を
、ガスタービン圧縮機からの小さな側流により供給する
ことができる。

以上に述べたように、本発明についての種々の変更は、
本発明の特許請求の範囲から逸脱しない限り可能であり
前記した実施例に制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の好ましい実施例の工程図である。 １２・・・・・・粉砕・乾燥器、１５・・・・・・スラ
リー分離ユニット、１８・・・・・・可熱・可溶化帯域
、２１・・・・・・溶媒ス） ＩＪツピング帯域、２４
・・・・・・分離帯域、４１・・・・・・酸素ガス化器
、５１・・・・・・水素発生器単位。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 約２５０〜１００ＢＴＵ／ＳＣＦの発熱量を持つ燃
   料ガスの製造方法において、 （ａ） 微細粉砕固体燃料を溶媒と混合すること（ｂ
   ） 混合物を、約５００〜５０００ｐｓｉｇの圧力下
   で、約７００〜９５０下の間の温度まで加熱すること （Ｃ） 添加水素の存在下に固体燃料の少（とも１部
   を溶解すること （ｄ） 得られる混合物質から約９００’Ｆ以下の沸
   点のものを分離すること （ｅ）９００”Ｆ以上の沸点をもつ残留物の約２６〜５
   ０重量％を、主にＣＯとＨ２とからなる第１生成ガスを
   製造するために第１部分酸化帯域において実質的に純粋
   な酸素で部分酸化することば）この第１生成ガスの少（
   とも１部を上記の添加水素として可溶化帯域に送ること （ｇ）９００下以上の沸点をもつ残留物の残りを、ＣＯ
   ，Ｈ２および窒素からなる第２生成ガスを製造するため
   に第２部分酸化帯域において空気からなるガスで部分酸
   化すること （ｈ） この第２生成ガスを、約９００’Ｆ以下の沸
   点をもつ部分の分離を助けるために、分離帯域に移すこ
   と および （ｉ） 約９００下以下の沸点をもつ部分から、約１
   ００〜２５０ＢＵＴ／ＳＣＦの間の発熱量を持つ第３生
   成ガスを回収すること からなる燃料ガスの製造方法。 ２ 微細粉砕固体燃料が、５．０重量％以下の含水量を
   持つ特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ 約９００’Ｆ以下の沸点の物質を、得られた混合物
   から、第２生成ガスにより、ストリッピングする特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。 ４ 第３生成ガスを、硫黄化合物の除去により精製する
   特許請求の範囲第３項記載の製造方法。 ５ ストリッパーの頭上部を、通常ガス状物留分軽炭化
   水素液体留分、および溶媒留分とに分離する特許請求の
   範囲第３項記載の製造方法。 ６ 軽炭化水素液体留分を燃焼させ、ガス状生放物ヲ、
   ガスタービンに通し膨張させる特許請求の範囲第５項記
   載の製造方法。 ７ 第３生成ガスを燃焼させ、高温燃焼生成ガスをガス
   タービンに通し膨張させる特許請求の範囲第１項記載の
   製造方法。 ８ 第１生成ガスを可溶化帯域に導びき入れる前にシフ
   ト変換させ、ＣＯ２を除去しておく特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ９ 第１生成ガスを、水との間接的熱交換にかげ得られ
   た高圧水蒸気をスチームタービンの作動に用いる特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。 １０ 第２生成ガスを、水との間接的熱交換にかけ、
   得られた高圧水蒸気をスチームタービンの作動に用いる
   特許請求の範囲第１項記載の製造方法。