(57)【要約】【課題】水素リッチの石炭ガス化ガスを生成してシフト反応器の小型化を可能にした石炭ガス化炉を提供する。【解決手段】石炭等のガス化原料及びガス化剤を投入した炉内で進行するガス化反応により石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉Ｇにおいて、ガス化反応と同時進行する水素生成反応の促進用物質として、炉内に水及び水蒸気の少なくとも一方を投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭等のガス化原料及びガス化剤を投入した炉内で進行するガス化反応により石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉において、
前記ガス化反応と同時進行する水素生成反応の促進用物質として、前記炉内に水及び水蒸気の少なくとも一方が投入されることを特徴とする石炭ガス化炉。
【請求項２】
前記石炭ガス化炉が燃焼室及び還元室を備えた二段噴流床ガス化炉とされ、
前記燃焼室には前記ガス化材料及び前記ガス化剤とともに前記水蒸気が投入され、かつ、前記還元室には前記ガス化材料のみが投入されることを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化炉。
【請求項３】
前記石炭ガス化炉が燃焼室及び還元室を備えた二段噴流床ガス化炉とされ、
前記燃焼室には前記ガス化材料及び前記ガス化剤が投入され、かつ、前記還元室には前記ガス化材料とともに前記水及び前記水蒸気の少なくとも一方が投入されることを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化炉。
【請求項４】
前記水及び水蒸気の投入量は、前記ガス化原料の投入量に対して０．１〜０．８（質量基準）であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の石炭ガス化炉。
【請求項５】
前記石炭ガス化ガスを冷却するガス冷却用熱交換器が前記石炭ガス化炉の出口に接続して設けられ、前記石炭ガス化ガスとともに前記ガス冷却用熱交換器を通過するチャー（未反応石炭）中の炭素（Ｃ）残留量が３０％以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の石炭ガス化炉。
【請求項６】
前記水蒸気は、前記ガス化炉の外周を冷却する水冷壁及び／または前記ガス冷却用熱交換器を流れる水冷却系統から導入されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の石炭ガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電用ガス化炉や化学用石炭ガス化炉等に適用される石炭ガス化炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭ガス化複合発電設備（Integrated Coal Gasification Combined Cycle；ＩＧＣＣ）においては、効率のよいガス化炉として、石炭からガスタービンの燃料ガスを生成する空気吹きの石炭ガス化複合発電用ガス化炉（以下、発電用ガス化炉）が開発されている。
一方、化学用ガス化炉では、生成ガスのカロリーが重視される従来の発電用ガス化炉とは異なり、目的とする製品（合成物）に合わせた生成ガス組成（ＣＯ／Ｈ２比）にする必要がある。このため、化学用ガス化炉においては、ＣＯ／Ｈ２比を調整するためのシフト反応器が必要となる。
【０００３】
同様に、発電用ガス化炉においても、大気中へ排出される二酸化炭素量を低減する目的から、二酸化炭素（ＣＯ２）回収設備を組み合わせる場合がある。このような発電用ガス化炉においては、二酸化炭素の回収率を向上させるため、シフト反応器を設けて生成ガス中の二酸化炭素濃度を高めている。
【０００４】
従来の石炭ガス化複合発電設備においては、石炭ガス化炉で生成された石炭ガスを熱交換器群により冷却しており、この場合、生成された石炭ガスの冷却用として水や水蒸気の投入は行われていない。（たとえば、特許文献１参照）
また、従来の石炭ガス化システムにおいては、ガス化ガスの冷却を主目的とし、ガス化炉出口から水を投入するものがある。（たとえば、特許文献２参照）
【特許文献１】特公平７−６５４８４号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１２５０４６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、化学用ガス化炉及び二酸化炭素回収発電用ガス化炉等の石炭ガス化炉においては、シフト反応器により生成ガス組成を調整する（Ｈ２濃度を高める）必要がある。このため、石炭ガス化炉出口の水素（Ｈ２）濃度を極力高めることにより、シフト反応器の容積を小さくすることができる。
【０００６】
また、石炭ガス化炉の出口ガスは、１０００℃以上の高温である。このため、化学原料あるいは燃料ガスとするためのガス精製を行う場合、熱交換器もしくはクエンチ投入による冷却が必要であり、クエンチ投入用のクエンチ媒体としては、水もしくはガス（生成ガス，イナートガス等）が使用される。
しかし、クエンチ媒体を水とする水クエンチは最も容易な方法であるが、炉内温度を低下させるためプラントの熱効率は低くなる。さらに、クエンチ用に投入した水が完全に気化しない場合は、未燃分が混入した水（煤水、黒水、Black-water）を処理することが必要となる。
【０００７】
このような背景から、化学用ガス化炉及び二酸化炭素回収発電用ガス化炉等の石炭ガス化炉においては、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを水素リッチにして、シフト反応器の小型化を可能にすることが望まれる。
また、石炭ガス化炉で生成された高温の石炭ガス化ガスを冷却する２段目冷却については、特に発電用ガス化炉の場合、黒水処理の問題を解決して効率のよい熱交換器を使用可能とすることが望ましい。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素リッチの石炭ガス化ガスを生成してシフト反応器の小型化を可能にした石炭ガス化炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る石炭ガス化炉は、石炭等のガス化原料及びガス化剤を投入した炉内で進行するガス化反応により石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉において、前記ガス化反応と同時進行する水素生成反応の促進用物質として、前記炉内に水及び水蒸気の少なくとも一方が投入されることを特徴とするものである。
【０００９】
このような石炭ガス化炉によれば、ガス化反応と同時進行する水素生成反応の促進用物質として、炉内に水及び水蒸気の少なくとも一方が投入されるので、水生ガス化反応及び／またはシフト反応が迅速に進行して水素を生成する。この結果、ガス化反応により生成された石炭ガス化ガスは、水素成分の割合（Ｈ２比）が高い水素リッチのガスとなる。
【００１０】
上記の石炭ガス化炉において、前記石炭ガス化炉が燃焼室及び還元室を備えた二段噴流床ガス化炉とされ、前記燃焼室には前記ガス化材料及び前記ガス化剤とともに前記水蒸気を投入し、かつ、前記還元室には前記ガス化材料のみを投入することが好ましい。
このような二段噴流床ガス化炉は、燃焼室にガス化材料及びガス化剤とともに水蒸気を投入するので、燃焼室内では、水生ガス化反応及びシフト反応が進行し、ガス化材料のみを投入する還元室内では、吸熱反応であるガス化反応及び水生ガス化反応が進行する。この結果、燃焼室内の水生ガス化反応及びシフト反応と、還元室内の水生ガス化反応とにより水素が生成されることになるので、ガス化反応により生成された石炭ガス化ガスは、水素成分の割合が高い水素リッチなガスとなる。また、還元室内のガス化反応及び水生ガス化反応は吸熱反応であるから、反応の進行により石炭ガス化ガスを冷却する反応クエンチが行われる。
この場合の水蒸気は、ガス化剤（空気または酸素）と予混合した状態で燃焼室に投入することが望ましく、これにより、炉内高温場への速やかな混合が促進され、反応の迅速な進行に有効である。
【００１１】
上記の石炭ガス化炉において、前記石炭ガス化炉が燃焼室及び還元室を備えた二段噴流床ガス化炉とされ、前記燃焼室には前記ガス化材料及び前記ガス化剤を投入し、かつ、前記還元室には前記ガス化材料とともに前記水及び前記水蒸気の少なくとも一方を投入することが好ましい。
このような二段噴流床ガス化炉は、燃焼室内において、投入されたガス化材料及びガス化剤によりガス化反応が進行し、ガス化材料とともに水や水蒸気を投入する還元室内において、ガス化反応及び水生ガス化反応が進行する。この結果、還元室内の水生ガス化反応により水素が生成されるので、ガス化反応により生成された石炭ガス化ガスは、水素成分の割合が高い水素リッチとなる。また、還元室内のガス化反応及び水生ガス化反応は吸熱反応であるから、反応の進行により石炭ガス化ガスを冷却する反応クエンチが行われる。
【００１２】
上記の石炭ガス化炉において、前記水及び水蒸気の投入量は、前記ガス化原料の投入量に対して０．１〜０．８（質量基準）の範囲にあることが好ましい。この場合の水蒸気投入量は、炉内温度が低下しない範囲内において反応に十分な量を確保した値である。
【００１３】
上記の発明においては、前記石炭ガス化ガスを冷却するガス冷却用熱交換器が前記石炭ガス化炉の出口に接続して設けられ、前記石炭ガス化ガスとともに前記ガス冷却用熱交換器を通過するチャー（未反応石炭）中の炭素（Ｃ）残留量が３０％以上に設定されていることが好ましく、これにより、熱交換器表面に堆積したチャーの焼結を防止して熱効率のよい熱交換器の使用が可能となる。
【００１４】
上記の石炭ガス化炉において、前記水蒸気は、前記ガス化炉の外周を冷却する水冷壁及び／または前記ガス冷却用熱交換器を流れる水冷却系統から導入されることが好ましく、これにより、既存の設備（水蒸気供給源）を有効利用して投入用の水蒸気を確保することができる。
【００１５】
上記の発明においては、前記石炭ガス化ガスを冷却するガス冷却用熱交換器が前記石炭ガス化炉の出口に接続して設けられ、前記石炭ガス化ガスとともに前記ガス冷却用熱交換器を通過するチャー（未反応石炭）中の炭素（Ｃ）残留量が３０％以上に設定されていることが好ましく、これにより、熱交換器表面に堆積したチャーの焼結を防止して熱効率のよい熱交換器の使用が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、石炭ガス化炉により生成される石炭ガス化ガスは、成分中の水素（Ｈ２）比が高い水素リッチのガスとなるため、すなわち、石炭ガス化炉出口における石炭ガス化ガス中の水素濃度を高めることができるので、特に、シフト反応器を必要とする化学用ガス化炉や二酸化炭素回収発電用ガス化炉等の石炭ガス化炉においては、シフト反応器を小型化することできる。
また、ガス冷却用熱交換器を通過するチャー中の炭素（Ｃ）残留量を３０％以上に設定すれば、黒水処理の問題を解消して石炭ガス化ガスの２段目冷却に熱交換器を使用できるので、特に二酸化炭素回収発電用ガス化炉の場合、プラント熱効率を向上させることができる。さらに、乾燥したチャーを石炭ガス化炉に循環させてガス化できるので、石炭等のガス化原料から石炭ガス化ガスを得る炭素転換率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る石炭ガス化炉の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す石炭ガス化炉Ｇは、石炭等のガス化原料及びガス化剤を投入した炉内で進行するガス化反応により、石炭ガス化ガス（以下、「石炭ガス」と呼ぶ）を生成する装置である。図示の石炭ガス化炉Ｇは、燃焼室１０及び還元室２０を備えた二段噴流床ガス化炉であり、燃焼室１０の上段（ガス流れ方向の下流側）に連通して還元室２０が設けられている。以下の説明では、燃焼室１０及び還元室２０を総称して「炉」または「ガス化炉」と呼ぶことにする。
また、石炭ガス化炉Ｇは、還元室２０の下流側に連通して、ガス化炉内で生成した石炭ガスを冷却する熱交換器３０が設けられている。
なお、上述した石炭ガス化炉Ｇは、燃焼室１０、還元室２０及び熱交換器３０の外周面が冷却水を循環させて冷却する水冷壁Ｗにより覆われている。
【００１８】
このように、本実施形態の石炭ガス化炉Ｇは、燃焼室１０及び還元室２０を備えた二段噴流床ガス化炉であり、下段の燃焼室１０にはガス化材料及びガス化剤とともに水蒸気が投入され、かつ、上段の還元室２０にはガス化材料のみが投入される。
すなわち、二段噴流床ガス化炉の燃焼室（コンバスタ）１０には、適所に複数設けたバーナ１１から、ガス化材料の石炭（微粉炭）及び後述するチャー（未反応石炭）と、ガス化剤の空気もしくは酸素とが投入される。さらに、本実施形態では、反応を迅速に促進させるための水蒸気がバーナ１１から燃焼室１０に投入される。
【００１９】
ここで投入する水蒸気は、ガス化剤の空気または酸素と予混合してバーナ１１に投入することが望ましい。これは、予混合した状態で投入される水蒸気は、燃焼室１０内の高温場（炉内温度が１８００℃程度）における速やかな混合が促進されるので、この結果、燃焼室１０内の反応が迅速に進行するためである。
なお、燃焼室１０へ投入する水蒸気については、上述したガス化剤との予混合に限定されることはなく、水蒸気を単独で投入してもよい。
【００２０】
燃焼室１０では、水蒸気を投入することにより、下記の水性ガス化反応及びシフト反応が迅速に進行する。従って、水蒸気を投入しない場合と比較して、ガス化反応により生成される石炭ガス（ＣＯ）は、ガス中の水素割合が高い水素リッチとなる。
水性ガス化反応  ；  Ｃ（固）＋Ｈ２Ｏ
→ Ｈ２＋ＣＯ
シフト反応      ；  ＣＯ＋Ｏ２
→ Ｈ２＋ＣＯ２
ガス化反応      ；  Ｃ（固）＋ＣＯ２ → ２ＣＯ
【００２１】
燃焼室１０に対する好適な水蒸気の投入量は、たとえば図７に示すように、水蒸気の投入量を増すと石炭ガス（ＣＯ）中の水素割合（Ｈ２／ＣＯ）が増すことから、ガス化材料として投入される微粉炭の石炭流量に対して質量基準で０．１〜０．８程度となる。これは、蒸気投入量を増やすと燃焼室１０の温度が下がり、燃焼性やスラグ排出性を悪化させることから、蒸気投入量の上限が０．８程度（質量基準）であれば、石炭ガス化炉１０の運転に支承がないことを確認したシミュレーション結果に基づくものである。すなわち、水蒸気の投入量については、反応促進に十分な投入量の確保と、燃焼室１０内の温度低下抑制というように、相反する作用を考慮して最適値に設定することが望ましい。
なお、ヒートロスの割合が小さくなる商用機等においては、水蒸気投入量の増量が可能になるので、石炭ガス中の水素割合を増して水素リッチにしたガスを生成することができる。
【００２２】
還元室（リダクタ）２０では、バーナ２１からガス化材料の石炭（微粉炭）のみが投入される。この結果、還元室２０では、燃焼室１０から流入した石炭ガス、水素及び二酸化炭素等の生成物と、追加投入された石炭とにより、上記のガス化反応及び水性ガス化反応が進行する。この反応はいずれも吸熱反応であるため、反応進行により石炭ガス及び水素を主成分とする生成ガス（石炭ガス化ガス）を冷却する反応クエンチが行われる。
【００２３】
還元室２０で生成された生成ガスは、ガス化炉出口（還元室２０の出口）に接続された熱交換器３０により２段目のガス冷却が行われる。この熱交換器３０は、高温の生成ガスと水とが熱交換を行うように構成されているので、吸熱された生成ガスは温度低下して次工程へ流出し、吸熱した水は温度上昇して水蒸気になる。
この熱交換器３０では、生成ガスとともに流入するチャー（未反応石炭）が堆積することにより、チャーの焼結トラブルを発生する場合がある。しかし、チャー中のＣ残留量を３０％以上とすることにより、チャーの焼結防止が可能となる。なお、この場合のＣ残留量３０％以上という値は、実験等に基づいて得られた知見である。
【００２４】
また、炉内温度を高温に維持し、投入した水蒸気を完全に気化させているので、チャーが混入した煤水や黒水等の処理問題も解消される。従って、石炭ガスの２段目冷却用として、熱交換効率のよい熱交換器を使用することが可能になる。このような熱交換器３０による生成ガスの冷却は、特に二酸化炭素回収発電用ガス化炉等においてプラント熱効率の向上に有効である。
【００２５】
上述したチャーは、熱交換器３０の下流側に設けられた図示しないチャー回収装置（サイクロン、高温フィルタ等）により回収された後、ガス化原料として燃焼室１０に再投入される。この場合のチャーは、黒水等の問題が解消されているので、乾燥した状態で回収される。従って、乾燥したチャーを石炭ガス化炉Ｇに循環させてガス化できるので、石炭等のガス化原料から石炭ガスを得る炭素転換率の向上にも有効である。
【００２６】
このような二段噴流床の石炭ガス化炉Ｇは、炉内温度が１８００〜２０００℃程度と高温の燃焼室１０にガス化材料及びガス化剤とともに水蒸気を投入するので、燃焼室１０内では水生ガス化反応及びシフト反応が進行し、ガス化材料のみを投入する還元室２０内では吸熱反応であるガス化反応及び水生ガス化反応が進行する。この結果、燃焼室１０内の水生ガス化反応及びシフト反応と、還元室２０内の水生ガス化反応とにより水素が生成されるので、ガス化反応により生成された石炭ガスは、含有する水素成分の割合が高い水素リッチなガスとなる。図４に示す比較実験結果によれば、生成ガス中における水素の割合は、蒸気投入有りの場合が２２．１（Vol％−dry）となり、蒸気投入なしの１６．３（Vol％−dry）より増加していることが分かる。
また、還元室２０内のガス化反応及び水生ガス化反応は吸熱反応であるから、これらの反応進行により石炭ガスを冷却する反応クエンチが行われる。
【００２７】
すなわち、高温の燃焼室１０に水蒸気を投入すると反応がより迅速に進行するので、燃焼室１０の効率（炭素転換率）が向上する。
また、燃焼室１０に水蒸気を投入することにより、石炭ガス化炉Ｇの副生成物であるアンモニア、硫化カルボニル等の生成量を抑制することができる。すなわち、図５及び図６に示す実験結果によれば、蒸気なしのテスト１と蒸気有のテスト２とを比較した場合、蒸気有のテスト２において生成量が明らかに減少していることが分かる。
【００２８】
ところで、上述した水蒸気は、高圧（２．５〜５ＭＰａ程度）の燃焼室１０内へ投入するため、高圧の水蒸気源が必要となる。そこで、高圧の水蒸気源としては、たとえば水冷壁Ｗや熱交換器３０を流れる水冷却系統の水が加熱されて生成された水蒸気を導入し、必要に応じて所望の圧力まで昇圧したものを使用する。すなわち、高圧の水蒸気とするための昇圧手段が必要になる場合はあるものの、石炭ガス化炉Ｇが有する既設設備（水冷却系等の水冷壁Ｗや熱交換器３０）を有効に利用して水蒸気供給源とし、水蒸気投入に必要な水蒸気量を確保することができる。
【００２９】
このように、高温の燃焼室１０に水蒸気を投入する方式は、原料炭として一般的な石炭を使用する場合に適している。すなわち、一般的な（良質な）原料炭を使用することで燃焼室１０内の温度を高温に維持できる場合は、高温の燃焼室１０に大量の水蒸気量を投入することが可能となる。しかも、水蒸気にはガス化剤としての効果もあるため、水蒸気の投入量に応じてガス化剤として投入する空気または酸素の酸素比（酸素投入量）を下げることもでき、この結果、ガスタービン燃料として使用する有効ガス成分（ＣＯ，Ｈ２）の濃度を上げることができる。
なお、上述した実施形態では水蒸気を投入したが、噴霧状の水を投入してもよい。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る石炭ガス化炉について、第２の実施形態を図２に示して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の石炭ガス化炉Ｇ１は、上述した実施形態と同様に、燃焼室１０及び還元室２０を備えた二段噴流床ガス化炉である。
この実施形態において、燃焼室１０には、ガス化原料となる石炭（微粉炭）やチャーがバーナ１１Ａからガス化剤（空気もしくは酸素）とともに投入される。この結果、燃焼室１０内では、投入されたガス化原料及びガス化剤によりガス化反応が進行する。
【００３１】
還元室２０には、バーナ２１から投入されるガス化原料の石炭（微粉炭）とともに、噴霧状の水が噴霧ノズル２２から投入される。この結果、還元室２０内では、燃焼室１０から流入した石炭ガスと、還元室２０に投入された微粉炭及び水とにより、上述したガス化反応及び水性ガス化反応が進行する。これらの反応はいずれも吸熱反応であるから、反応進行により生成ガスを冷却する反応クエンチが行われる。この場合、好適な水投入量は、ガス化材料として投入される微粉炭の石炭流量に対して、上述した実施形態と同様の理由により、質量基準で０．１〜０．８程度となる。
【００３２】
このような二段噴流床ガス化炉の石炭ガス化炉Ｇ１では、燃焼室１０において投入されたガス化材料及びガス化剤によるガス化反応が進行する。さらに、還元室２０内においては、ガス化材料とともに噴霧状の水が投入されることで、ガス化反応及び水生ガス化反応が進行する。
この結果、還元室２０内の水生ガス化反応により生成される水素は、石炭ガス化ガスを水素リッチのガスにする。また、還元室２０内のガス化反応及び水生ガス化反応は吸熱反応であるから、反応の進行により生成ガスを冷却する反応クエンチが行われる。
【００３３】
このように構成された石炭ガス化炉Ｇ１は、還元室２０に水を単独投入するため、水投入用のノズルに関する設計や配置の制約はほとんどなく、極めて自由度が高い。また、この場合の水は、ポンプにより昇圧可能な高圧水を投入することになるので、高圧の水蒸気源は不要である。さらに、還元室２０に対する水投入は、還元室２０内のクエンチ効果についても期待することができる。
【００３４】
また、このように構成された石炭ガス化炉Ｇ１は、燃焼室１０内への水蒸気投入がないため、燃焼室１０内を高温に維持することが容易になる。
このため、還元室２０へ噴霧状の水を投入する石炭ガス化炉Ｇ１は、ガス化原料として使用する石炭（微粉炭）が高灰融点炭（１５００℃以上）である場合に適している。すなわち、高灰融点炭が原料炭の場合、溶融灰を安定排出するため、水蒸気投入をしないで燃焼室１０内を高温に保ち、かつ、還元室２０においては、水蒸気投入によるクエンチ効果と反応進行による反応クエンチとにより、高温の石炭ガス化ガスを急激に温度低下させることができる。
【００３５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る石炭ガス化炉について、第３の実施形態を図３に示して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の石炭ガス化炉Ｇ２は、上述した実施形態と同様に、燃焼室１０及び還元室２０を備えた二段噴流床ガス化炉である。
この実施形態では、上述した第２の実施形態における還元室２０への水投入に代えて、二段噴流床ガス化炉とした石炭ガス化炉Ｇ２の還元室２０に蒸気ノズル２３から水蒸気を投入している点が異なっている。なお、本実施形態の石炭ガス化炉Ｇ２において、他の構成は上述した第２の実施形態と同じである。
【００３６】
すなわち、本実施形態の還元室２０には、ガス化原料の微粉炭とともに水蒸気が投入される。この場合の好適な水蒸気投入量は、燃焼室１０及び還元室２０へ供給される微粉炭の石炭流量に対して、上述した実施形態と同様の理由により、質量基準で０．１〜０．８程度である。
還元室２０では、水蒸気の投入によりガス化反応及び水性ガス化反応が進行する。この反応はいずれも吸熱反応であるから、反応進行により生成ガスを冷却する反応クエンチが行われる。また、水性ガス化反応により水素が生成されるため、水素リッチな石炭ガスが生成される。
【００３７】
このように構成された石炭ガス化炉Ｇ２は、燃焼室１０への水蒸気投入がないため、燃焼室１０内を高温に維持することが容易になる。このため、還元室２０へ水蒸気を投入する石炭ガス化炉Ｇ２は、ガス化原料として使用する石炭（微粉炭）が高灰融点炭の場合に適している。すなわち、高灰融点炭（１５００℃以上）が原料炭の場合、溶融灰を安定排出するために燃焼室１０内を高温に保ち、かつ、還元室２０においては、水蒸気投入によるクエンチ効果と反応進行による反応クエンチとにより、高温の石炭ガス化ガスを急激に温度低下させることができる。
また、還元室２０へ水蒸気を投入する本実施形態は、たとえば褐炭等のように、燃料比が１以下の低燃料比炭を原料炭とする場合に適している。これは、還元室２０への水蒸気投入が、原料炭中に含まれる揮発分を起源とするガス化副生成物の分解を促進するクラッキング効果を有しているためである。
また、還元室２０に投入した水蒸気により、還元室２０へ投入した原料炭に含まれている揮発分の分解反応が促進されるため、たとえば炭化水素、タール（重質炭化水素）及びアンモニア等のように、還元室投入石炭を起源とする副生成物の発生が抑制される。
【００３８】
このように、本発明の石炭ガス化炉Ｇ，Ｇ１，Ｇ２によれば、ガス化反応と同時進行する水素生成反応の促進用物質として、燃焼室１０及び／または還元室２０の炉内に、水及び水蒸気の少なくとも一方が投入されるので、水生ガス化反応及び／またはシフト反応が迅速に進行して水素を生成する。この結果、ガス化反応により生成された石炭ガスは、水素成分の割合が高い水素リッチのガスとなる。
【００３９】
このように、上述した本発明によれば、石炭ガス化炉Ｇ，Ｇ１，Ｇ２により生成される石炭ガス化ガスは、成分中の水素比率が高い水素リッチのガスとなるため、特に、シフト反応器を必要とする化学用ガス化炉や二酸化炭素回収発電用ガス化炉等の石炭ガス化炉においては、シフト反応器を小型化することできる。
また、ガス冷却用の熱交換器３０を通過するチャー中の炭素（Ｃ）残留量を３０％以上に設定すれば、黒水処理の問題を解消して石炭ガス化ガスの２段目冷却に熱交換器を使用できるので、特に二酸化炭素回収発電用ガス化炉の場合、プラント熱効率の向上が可能になる。さらに、乾燥したチャーを石炭ガス化炉Ｇ，Ｇ１，Ｇ２に循環させてガス化できるので、石炭等のガス化原料から石炭ガス化ガスを得る炭素転換率についても向上させることができる。
【００４０】
ところで、上述した各実施形態においては、燃焼室１０に対する水蒸気投入、還元室２０に対する水（水噴霧）投入、及び還元室２０に対する水蒸気投入を単独で実施しているが、本発明はこれに限定されることはなく、適宜組み合わせが可能である。すなわち、燃焼室１０への水蒸気投入と還元室２０への水噴霧投入とを組み合わせて同時に実施することや、燃焼室１０への水蒸気投入と還元室２０への水蒸気投入とを組み合わせて同時に実施することなど、諸条件に応じて適宜選択可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る石炭ガス化炉について、第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る石炭ガス化炉について、第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る石炭ガス化炉について、第３の実施形態を示す構成図である。
【図４】蒸気投入により石炭ガス化ガスに含まれる水素の割合が増加することを示す実験データである。
【図５】蒸気投入により硫化カルボニル（ＣＯＳ）が低減することを示す実験データである。
【図６】蒸気投入によりアンモニア（ＮＨ３）発生量が低減することを示す実験データである。
【図７】蒸気投入により水素量の割合が増すことを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２    石炭ガス化炉
１０    燃焼室
２０    還元室
３０    熱交換器
【図１】
2010100690.tif 000003
【図２】
2010100690.tif 000004
【図３】
2010100690.tif 000005
【図４】
2010100690.tif 000006
【図５】
2010100690.tif 000007
【図６】
2010100690.tif 000008
【図７】
2010100690.tif 000009