(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下段に円筒状のガス化炉、上段に円筒状の改質炉を備え、その間を拡径部となるスロートで接続した上下二室二段の気流層反応器を用いて、
前記ガス化炉に少なくとも石炭と酸素含有ガスとを投入して、前記石炭を部分酸化することによりガス化ガスを生成し、前記ガス化ガスを前記改質炉に導入し、
前記改質炉に少なくとも石炭を投入して、前記改質炉に投入された石炭を前記ガス化ガスの顕熱を用いて熱分解することにより、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む生成ガスを生成する石炭の熱分解ガス化方法であって、
前記ガス化炉に投入する石炭を、前記ガス化炉内において、周方向に旋回流を形成させ、この旋回流が前記改質炉においても旋回を保ったまま流れて上昇するように気流搬送することにより投入し、
前記改質炉に投入する石炭を、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて気流搬送することにより投入し、
前記改質炉における前記石炭の投入位置を２か所以上とし、
前記改質炉の炉壁に対する前記２か所以上からの石炭の投入角度αを全て同じ角度とし、
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置とは別に、更に、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて気流搬送することにより前記改質炉に石炭を投入する石炭の投入位置を２か所以上設け、
前記改質炉の炉壁に対する前記別の２か所以上からの石炭の投入角度βを、全て同じ角度とし、かつ前記２か所以上の投入角度αとは別の角度とする石炭の熱分解ガス化方法。
【請求項２】
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置は、前記改質炉の炉壁において互いに周方向に等間隔をあけた位置である請求項１に記載の石炭の熱分解ガス化方法。
【請求項３】
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置と、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置と、は周方向に交互に位置している請求項１又は２に記載の石炭の熱分解ガス化方法。
【請求項４】
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置からの石炭の投入速度と、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置からの石炭の投入速度と、を互いに異ならせる請求項１から３のいずれか１項に記載の石炭の熱分解ガス化方法。
【請求項５】
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置から、直径が、前記改質炉の内径の１／５〜２／３となる仮想円の接線方向に沿って石炭を投入し、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置から、直径が、前記改質炉の内径の１／５〜２／３で、かつ前記仮想円の直径とは異なる別の仮想円の接線方向に沿って石炭を投入する請求項１から４のいずれか１項に記載の石炭の熱分解ガス化方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の石炭の熱分解ガス化方法に使用する石炭の熱分解ガス化装置であって、
下段に円筒状のガス化炉、上段に円筒状の改質炉を備えた上下二室二段の気流層反応器を備え、
前記ガス化炉は、少なくとも石炭を気流搬送することにより前記ガス化炉に投入するノズルと、酸素含有ガスを前記ガス化炉に投入するノズルとを有し、
前記少なくとも石炭を気流搬送することにより前記ガス化炉に投入するノズルは、前記ガス化炉に投入する石炭を前記ガス化炉内において周方向に旋回流を形成させ、この旋回流が前記改質炉においても旋回を保ったまま流れて上昇するように配置され、
前記改質炉には、気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルを有し、
前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルは、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて石炭を投入するように複数配置され、
前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルのうちの複数の第１ノズルの石炭の投入角度αが全て同じとされ、
前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルのうちの複数の第２ノズルの石炭の投入角度βが、全て同じ角度とされ、かつ前記投入角度αとは別の角度となっている石炭の熱分解ガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を気流層中において急速にガス化、熱分解させて、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む生成ガスを製造する石炭の熱分解ガス化方法および石炭の熱分解ガス化装置に関する。
本願は、２０１０年４月１６日に、日本に出願された特願２０１０−９５４９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
現在まで、石炭を高温にして熱分解し、直接メタンを始めとする炭化水素ガスを含んだ燃料ガスおよびベンゼン、トルエン、キシレン（ＢＴＸ)を始めとするオイルを製造する石炭熱分解プロセスがいくつか提案されている。【０００３】
下記特許文献１において、石炭熱分解方法が示されている。この石炭熱分解方法は、石炭および炭素質原料を酸素を用いてガス化するときに生じる高温ガス中に石炭を吹き込み、石炭の急速加熱・熱分解反応を気流層において行わせる。この石炭熱分解方法は、特にＢＴＸを収率高く得ることが可能である。またこの石炭熱分解方法は、設備のイニシャルコストを低減することが可能である。さらにこの石炭熱分解方法は、熱補給の必要がなく熱効率が高い。なお、熱効率は下記（１）式を用いて算出される。
熱効率＝（生成ガス発熱量＋生成オイル発熱量）／（投入石炭発熱量−生成チャー発熱量）・・・（１）【０００４】
また、下記特許文献２において、石炭の水素化熱分解方法が示されている。この石炭の水素化熱分解方法は、石炭および炭素質原料を酸素を用いてガス化するときに生じる高温ガス中に石炭および水素を吹き込み、石炭の急速加熱・水素化熱分解反応を気流層において行わせる。この石炭熱分解方法は、軽質なオイルやメタン等の燃料ガスを収率高く得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９５３７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７８６８号公報
【特許文献３】特開昭６１−２４６２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１および２において提案されているプロセスにおいては、上下二室二段の反応器を備えた装置を用いている。この反応器の下段のガス化炉では、投入される石炭やチャー（未ガス化石炭残滓または熱分解残滓）の反応率を高めるために、炉内での粒子滞留時間を長くすることが望まれている。そこで、投入される石炭やチャーが炉内において旋回流を形成するように、石炭投入のバーナーがガス化炉に角度をつけて設置されている。【０００７】
しかしながら、ガス化炉において形成された旋回流は、反応器の上段の改質炉においても旋回流を保ったまま流れている。そのため、改質炉に石炭を吹き込むと、投入された石炭粒子が旋回流に乗って炉壁近傍を流れるため、改質炉の炉壁への石炭粒子の付着が起こり操業トラブルとなるおそれがあった。
また、このように改質炉においても旋回流が保たれていることから、改質炉内に投入された石炭の粒子濃度にばらつきが生じ、粒子濃度の高い部分では粒子の昇温が不均一となる。そのため、反応が不均一になるおそれもあった。
なお、特許文献２では改質炉へ投入した石炭粒子の滞留時間を延ばすために、ガス化炉における旋回流と同方向へ旋回をかけるように石炭を投入しているものと思われる。
また、上記特許文献３においては、二段の燃料供給部の旋回径を変えた噴流層石炭ガス化炉が示されている。この文献３記載の発明は、石炭のガス化を、熱分解を行う改質炉ではなく、ガス化炉を用いて行うものであり、特許文献１および２記載の発明とは、反応器内部での反応が異なる。すなわち、熱分解においては、石炭を酸素を使わずに分解することから、水素、一酸化炭素、メタン等のガスに加えてタールが発生する。そのため、特許文献１および２記載の発明では、反応器内にタール由来の炭素質付着が発生し易くなる。これに対して、特許文献３記載の発明では、石炭を酸素で一酸化炭素等に分解することからタールの発生は無いため、炭素質付着物発生の問題は起こらない。【０００８】
本発明は、改質炉内での操業トラブルや反応の不均一を抑制することができる石炭の熱分解ガス化方法および石炭の熱分解ガス化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る石炭の熱分解ガス化方法は、下段に円筒状のガス化炉、上段に円筒状の改質炉を備え、その間を拡径部となるスロートで接続した上下二室二段の気流層反応器を用いて、前記ガス化炉に少なくとも石炭と酸素含有ガスとを投入して、前記石炭を部分酸化することによりガス化ガスを生成し、前記ガス化ガスを前記改質炉に導入し、前記改質炉に少なくとも石炭を投入して、前記改質炉に投入された石炭を前記ガス化ガスの顕熱を用いて熱分解することにより、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む生成ガスを生成する石炭の熱分解ガス化方法であって、前記ガス化炉に投入する石炭を、前記ガス化炉内において、周方向に旋回流を形成させ、この旋回流が前記改質炉においても旋回を保ったまま流れて上昇するように気流搬送することにより投入し、前記改質炉に投入する石炭を、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて気流搬送することにより投入し、前記改質炉における前記石炭の投入位置を２か所以上とし、前記改質炉の炉壁に対する前記２か所以上からの石炭の投入角度αを全て同じ角度とし、前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置とは別に、更に、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて気流搬送することにより前記改質炉に石炭を投入する石炭の投入位置を２か所以上設け、前記改質炉の炉壁に対する前記別の２か所以上からの石炭の投入角度βを、全て同じ角度とし、かつ前記２か所以上の投入角度αとは別の角度とする。
すなわち、熱分解ガス化方法は、ガス化炉に、石炭を酸素含有ガスとともに、その石炭を搬送するガスが前記ガス化炉内で周方向の旋回流を形成するように投入する工程と、前記ガス化炉に投入された前記石炭を部分酸化させてガス化ガスを生成する工程と、前記ガス化炉と連通する改質炉に、石炭を、その石炭を搬送するガスが前記改質炉内で、前記ガス化炉内のガスとは逆向きに投入する工程と、前記ガス化炉から前記改質炉に流入した前記ガス化ガスにより、前記改質炉に投入された前記石炭を熱分解して水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含むガスを生成する工程と、を有する。
【００１２】
本発明に係る石炭の熱分解ガス化方法では、前述のように、前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置とは別に、更に、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて、気流搬送することにより前記改質炉に石炭を投入する石炭の投入位置を２か所以上設け、前記改質炉の炉壁に対する前記別の２か所以上からの石炭の投入角度βを、全て同じ角度とし、かつ前記２か所以上の投入角度αとは別の角度とする。
すなわち、前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置とは別の２か所以上の石炭の投入位置を設け、前記別の２ヶ所以上の石炭の投入位置から、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて、気流搬送することにより前記改質炉に石炭を投入し、前記改質炉の炉壁に対する前記別の２か所以上からの石炭の投入角度βを、全て同じ角度とし、かつ前記２か所以上からの石炭の投入角度αとは別の角度とする。
【００１３】
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置は、前記改質炉の炉壁において互いに周方向に等間隔をあけた位置であっても良い。
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置と、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置と、は周方向に交互に位置していても良い。
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置からの石炭の投入速度と、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置からの石炭の投入速度と、を互いに異ならせても良い。
前記改質炉における前記２か所以上の石炭の投入位置から、直径が、前記改質炉の内径の１／５〜２／３となる仮想円の接線方向に沿って石炭を投入し、前記別の２か所以上からの石炭の投入位置から、直径が、前記改質炉の内径の１／５〜２／３で、かつ前記仮想円の直径とは異なる別の仮想円の接線方向に沿って石炭を投入しても良い。
【００１４】
本発明に係る石炭の熱分解ガス化装置は、前記石炭の熱分解ガス化方法に使用する石炭の熱分解ガス化装置であって、下段に円筒状のガス化炉、上段に円筒状の改質炉を備えた上下二室二段の気流層反応器を備え、前記ガス化炉は、少なくとも石炭を気流搬送することにより前記ガス化炉に投入するノズルと、酸素含有ガスを前記ガス化炉に投入するノズルとを有し、前記少なくとも石炭を気流搬送することにより前記ガス化炉に投入するノズルは、前記ガス化炉に投入する石炭を前記ガス化炉内において周方向に旋回流を形成させ、この旋回流が前記改質炉においても旋回を保ったまま流れて上昇するように配置され、前記改質炉には、気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルを有し、前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルは、前記ガス化炉に投入する石炭の旋回流とは逆向きの周方向に向けて石炭を投入するように複数配置され、前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルのうちの複数の第１ノズルの石炭の投入角度αが全て同じとされ、前記気流搬送することにより石炭を前記改質炉に投入するノズルのうちの複数の第２ノズルの石炭の投入角度βが、全て同じ角度とされ、かつ前記投入角度αとは別の角度となっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る石炭の熱分解ガス化方法および石炭の熱分解ガス化装置によれば、改質炉に投入される石炭の改質炉内での分散性を高め、改質炉内での操業トラブルや反応の不均一を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の参考例の一実施形態に係る石炭の熱分解ガス化装置の概略図である。
【図２】図１に示す石炭の熱分解ガス化装置の気流層反応器における改質炉の断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る石炭の熱分解ガス化装置を構成する改質炉であって、２種類の角度を持つ改質石炭吹き込みノズルの設置例を示した改質炉の断面概略図である。
【図４】比較例１での改質石炭吹き込みノズルの設置状況を示した改質炉の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の参考例の一実施形態に係る石炭の熱分解ガス化装置を説明する。
図１に示すように、石炭の熱分解ガス化装置２０は、上流側のガス化炉２と下流側の改質炉１とを備えた気流層型の反応器２１（以下、気流層反応器２１、あるいは単に反応器２１という）を備えている。
【００１８】
ガス化炉２は、内部に投入されるガス化石炭９を、酸素１２を酸化剤（ガス化剤）としてガス化して、主に一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水蒸気を成分とするガス化ガス１４を生成する。ここで、ガス化炉２では、ガス化石炭９に含まれる灰分を溶融してガス化炉２から排出する必要があるため、ガス化炉２内の温度は、その灰分の融点以上とする必要がある。そのため、ガス化炉２から改質炉１に導入されるガス化ガス１４も高温となっている。したがって、改質炉１においてこのガス化ガス１４中に改質石炭１０を投入することで、改質石炭１０が昇温して熱分解反応を起こし、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する生成ガスを含む生成物１６を得ることができる。
【００１９】
このような気流層反応器２１は、下段に前記ガス化炉２、上段に前記改質炉１を設けた上下二室二段式となっている。また気流層反応器２１は、ガス化炉２と改質炉１が小径のガス化炉２から改質炉１に向かって拡径部となるスロート３で接続されスロート３を介して接続されたいわゆるスロート構造となっている。このように、二室二段とすることで、石炭のガス化を行う部分であるガス化炉２と、熱分解を行う部分である改質炉１と、を完全に分けることができる。これにより、各部分の操作条件を自由に設定することが可能となる。
すなわち、気流層反応器２１では、ガスの流路に一度絞った後に徐々に拡径していくスロート３を入れて部分的に流速を増加させる構造にすることにより、上室である改質炉１に投入された石炭粒子（改質石炭１０）等が下室であるガス化炉２に落下することが防止される。これにより、各室毎に独立した反応条件を設定できる。
なおガス化炉２、改質炉１およびスロート３は、水平断面が円形の筒状構造を有する。
【００２０】
ここで、ガス化炉２内のガス化石炭９が部分酸化して高温となることで、ガス化石炭９に含まれる灰分は、溶融状態のスラグ１５となる。そのため、ガス化炉２の下部には、スラグ１５を排出できるスラグタップ６およびスラグ１５を捕集する水槽８を設けることが好ましい。
またガス化炉２の炉壁には、この炉壁に溶融状態のスラグ１５を付着させ壁面を保護するようにボイラー管１７を用いることが好ましい。
【００２１】
また、ガス化炉２には、ガス化石炭９と、ガス化石炭９を部分酸化させるための酸化剤である酸素含有ガス１１とをともに投入するための、１本または複数本のガス化バーナー５が設置されている。なお、前記酸素含有ガス１１としては、酸素１２、または、酸素１２および水蒸気１３を採用することができる。
そしてガス化石炭９と酸素含有ガス１１とは、ガス化バーナー５を用いてガス化炉２へ吹き込まれ、急速に混合される。
【００２２】
ガス化炉２においては、投入されるガス化石炭９に含まれる炭化水素中の炭素や水素成分を、できるだけ多くＣＯ、Ｈ２に転換してガス化転換率を高めることが好ましい。そのためには、ガス化石炭９から発生する揮発分がすす化する前に酸素含有ガス１１と反応するように、ガス化石炭９と酸素含有ガス１１とを素早く混合させる必要がある。そこで、例えば前記ガス化バーナー５として二重管構造等を用い、ガス化石炭９と酸素含有ガス１１とを同じ位置から投入することが好ましい。
【００２３】
なお、二重管構造を用いずに酸素含有ガス１１を投入する場合には、ガス化炉２内の石炭粒子濃度の高い部位に酸素含有ガス１１を吹き込むことが好ましい。したがって、酸素含有ガス１１の投入ノズルをガス化石炭９との投入ノズルと同じ高さに位置させ、酸素含有ガス１１とガス化石炭９とを同高さレベルに投入することが好ましい。これにより、石炭投入口と酸素含有ガス投入口を別にしてもガス化石炭９のガス化転換率が低下するのを抑制することができる。
また、ガス化石炭９は、酸素含有ガス１１とは異なる気流搬送ガスを用いて搬送することにより、ガス化炉２内に投入される。この気流搬送ガスとしては、非酸化性のガス、例えば、窒素ガスやプロセス中に生成したガス等を使用することができるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
そして本実施形態では、ガス化バーナー５は、ガス化炉２内において周方向にガス化石炭９の旋回流を形成するように角度をつけて設置されている。これにより、ガス化炉２内でのガス化石炭９の滞留時間を確保して、ガス化転換率を高めることができる。
なお、ガス化炉２内において安定した旋回流を形成するように、ガス化バーナー５は２本以上が好ましい。また、ガス化炉２において生成するスラグ１５の排出安定のため、ガス化バーナー５はガス化炉２の下方に位置していることが好ましい。さらに、ガス化炉２において生成するスラグ１５の排出安定のため、ガス化バーナー５の向きは、ガス化炉２の直径の１／１０から２／３の仮想円（ガス化炉２の中心軸と同軸）への接線方向とすることが好ましい。
【００２５】
前記ガス化炉２の操業圧力および温度は、例えば、０．１〜２０ＭＰａ、１３００〜１７００℃に維持される。なお圧力は、改質炉１の圧力に合わせて調整される。
以上のようにガス化炉２において生成したガス化ガス１４はスロート３を通り改質炉１に送られる。
【００２６】
改質炉１では、改質石炭１０が投入されて石炭の熱分解反応が起こる。この熱分解反応を経ることにより石炭から生成物１６として生成ガス、チャー、そしてタールなどが生成する。生成ガスは燃料や化学原料として、チャーは固体燃料として、タールは化学原料あるいは燃料として使用可能である。
なお、改質石炭１０は、気流搬送ガスにより搬送されながら、改質炉１内に投入される。このとき、改質石炭１０を気流搬送ガスにより搬送しながら単独で改質炉１に投入しても、改質石炭１０を熱分解反応させて前記生成物１６を製造することは可能である。また、改質石炭１０の他に水素や水蒸気、酸素のうち一種類以上を同時に投入することで、生成する生成ガスやタールの性状や量を変化させることが可能である。
【００２７】
改質炉１での操業圧力および温度は、例えば、０．１〜２０ＭＰａ、５００〜１２００℃で維持される。改質炉１とガス化炉２とはスロート３を介して上下接続されているため、両炉共ほぼ同じ操業圧力となる。
ここで、改質炉１の操業圧力は、生成ガスの用途に合わせて１〜３ＭＰａ程度の操業圧力とすることが好ましい。すなわち、改質炉１の操業圧力が低すぎると、ガス化炉２内でのガス滞留時間を確保するために炉容積を大きくする必要がある。その結果、ガス化炉２内の表面積が大きくなって放散熱量が増加するため、改質炉１の操業圧力が低すぎることは好ましくない。また、改質炉１の操業圧力が高すぎると設備製作費用が高くなる。なお、高圧側の操業、つまり改質炉１の操業圧力が高い場合には、改質炉１に改質石炭１０と共に水蒸気を投入することで、ガス化や水素化を進行させることもできる。
【００２８】
改質炉１での温度に関しては、以下の温度条件が好ましい。すなわち、生成物１６のうち、回収の対象とする回収物が主として生成ガスおよびタールの場合は、５００〜８００℃と比較的低い温度条件が好ましい。また、回収物が主として生成ガスの場合は、８００〜１２００℃と比較的高い温度条件が好ましい。
また、回収物が主として生成ガスの場合は、改質炉１に水蒸気や水素などの改質助剤を加えたり、ガス化炉２に水蒸気などの改質助剤などを加えたりして、改質炉１内でのガス化反応を促進することが好ましい。
また、改質炉１において生じたチャーは、ガス化石炭９と共にガス化炉２の燃料として投入されて、循環利用されることが好ましい。
【００２９】
ここで、ガス化炉２において形成された旋回流は改質炉１においても旋回を保ったまま流れて上昇する。そのため、改質石炭１０を改質炉１に、単純に炉壁１ａに垂直に投入した場合や、この旋回流と同じ方向に投入する場合は、改質石炭１０の粒子が旋回流に乗り、部分的に石炭濃度の高い箇所ができる。すると、改質石炭１０の昇温が不均一になり、安定した熱分解生成物が得られない。また、改質石炭１０の粒子濃度が高い部分が改質炉１の炉壁１ａの近傍に集中するため、温度上昇の不足した粒子が炉壁１ａに付着して付着物が形成される可能性もある。
【００３０】
そこで、図２に示すように、改質石炭吹き込みノズル４をガス化炉２での旋回流（図２に示す矢印Ｆ）に対向する投入角度に設置した。これにより、本発明者らは、改質炉１内での改質炉１径方向粒子濃度、つまり改質炉１の径方向に沿った位置ごとの粒子濃度を均一にできることを見いだした。
すなわち、改質炉１において、ガス化炉２からスロート３を介して導入されたガス化ガス１４の旋回流とは逆向きの周方向に向けて、改質石炭１０が改質炉１に気流搬送されることにより投入されるような投入角度にしてノズル４を設置する。
【００３１】
ここで投入角度とは、改質炉１の上面視において、改質石炭吹き込みノズル４から改質石炭１０が投入される方向に沿って延びるノズル４のノズル軸線２２と、ノズル設置位置の改質炉１の炉壁１ａから改質炉中心軸Ｏへ向かう仮想線２３と、がなす水平角度（図２に示す角度α）を意味する。
【００３２】
ノズル４の本数および投入角度に関しては、改質炉１内での流れが偏流とならないように２本以上のノズル４を対称の位置に同じ角度にして設置することが好ましい。すなわち、ノズル４は、周方向に互いに等しい間隔をあけて改質炉１の炉壁１ａに複数配置することが好ましい。
さらに、各ノズル４の水平角度は同等であり、各ノズル４のノズル軸線２２は、改質炉中心軸Ｏと同軸とされた同一の仮想円２４の接線方向に沿っていることが好ましい。なお水平角度は、小さすぎると効果が小さく、大きすぎると改質炉１の炉壁１ａに未昇温の改質石炭１０が衝突する可能性がある。そのため、前記水平角度の大きさは、前記仮想円２４の直径が、改質炉１内径の１／５〜２／３となるような大きさであることが好ましい。
なお、改質石炭吹き込みノズル４のノズル軸線２２の水平面に対する傾きである鉛直角度も、全てのノズル４について同等であっても良い。
【００３３】
また、改質石炭１０の吹き込み流速は、高すぎると、操業圧力が高い場合に改質石炭吹き込みノズル４の径を小さくする必要があり、ノズル４が閉塞しやすくなる可能性がある。したがって、改質石炭１０の吹き込み流速が高すぎることは、好ましくない。そのため、前記吹き込み流速は、ガス化炉２においてガス化石炭９が気流搬送されるときの流速とほぼ同等の数ｍ／ｓｅｃから２０m／ｓｅｃ程度とすることが好ましい。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係る石炭の熱分解ガス化方法および石炭の熱分解ガス化装置２０によれば、改質石炭１０を、ガス化炉２に投入するガス化石炭９の旋回流とは逆向きの周方向に向けて気流搬送することにより投入するので、ガス化炉２から導入されたガス化ガス１４の旋回流が改質炉１内において打ち消される。したがって、改質炉１内において、改質石炭１０が旋回流に乗って改質炉１の炉壁１ａ近傍を流れることが抑えられる。これにより、改質炉１内において改質石炭１０の粒子濃度にばらつきが生じにくく、改質石炭１０の分散性を高めることができる。
以上より、改質炉１の炉壁１ａへの石炭粒子の付着が抑えられ操業トラブルが抑制される。また、改質炉１内での反応の均一性を確保することができる。
【００３５】
なお、改質炉１の操業圧力が低い場合に比べて高い場合の方が、改質炉１内に投入される粒子濃度が高くなる。したがって、ガス化炉２における旋回流が影響し、改質炉１での粒子濃度の高い部分がより形成されやすくなる。そのため、操業圧力の高い方が本発明の効果は明確になる。
また、反応器２１をスケールアップした場合には改質炉１の径が大きくなる。したがって、吹き込まれた改質石炭１０のガス化ガス１４との混合が悪くなり粒子濃度の偏りが生じやすくなる。そのため、スケールアップされた処理量の大きな反応器２１の方が本発明の効果は明確になる。
【００３６】
ここで、前記実施形態に変更を加えてなる本発明の一実施形態を、以下に示す。なお、本発明の技術的範囲はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３７】
本実施形態では、例えば図３に示すように、改質石炭吹き込みノズル４Ａ、４Ｂの２種類以上の投入角度α、βとして改質炉１に設置する。すなわち図３に示す改質炉１では、改質石炭吹き込みノズル４Ａ、４Ｂのうちの複数の第１ノズル４Ａの投入角度αが全て同じとなっている。そして、改質石炭吹き込みノズル４Ａ、４Ｂのうちの複数の第２ノズル４Ｂの投入角度βが、全て同じ角度とされ、かつ前記投入角度αとは別の角度となっている。この結果、複数の第１ノズル４Ａおよび複数の第２ノズル４Ｂそれぞれのノズル軸線２２Ａ、２２Ｂが対応する仮想円２４Ａ、２４Ｂの直径が異なっている。この場合、改質炉１内での改質石炭１０の分散性をより向上させることができる。したがって、図３に示すようにノズル４Ａ、４Ｂを設置することは、例えば改質炉１の直径が大きい場合などに特に好ましい。
【００３８】
なお、図３に示す改質炉１では、第１ノズル４Ａと、第２ノズル４Ｂとは、周方向に交互に設置されている。これにより、改質炉１内での流れが偏流となるのが抑制され、改質炉１内での改質石炭１０の分散性をより一層向上させることができる。また図示の例において、例えば、第１ノズル４Ａからの改質石炭１０の投入速度と、第２ノズル４Ｂからの改質石炭１０の投入速度と、を互いに異ならせても良い。
【００３９】
また、前記実施形態では、改質炉１において、ガス化炉２からスロート３を介して導入されたガス化ガス１４の旋回流とは逆向きの周方向に向けてのみ、改質石炭１０が気流搬送されることにより投入されるものとしたが、これに限られない。本発明に係る熱分解ガス化方法では、ガス化ガス１４の旋回流とは逆向きの周方向に向けて改質石炭１０を投入すれば良く、例えば、前記旋回流と同一の周方向に向けて改質石炭１０をさらに投入しても良い。
【００４０】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【実施例】
【００４１】
（参考例）
図１に記載の装置を用いたガス化熱分解操業での参考例を以下に示す。
ガス化炉２の操業条件は、圧力２．５ＭＰａ、温度１４５０℃とし、改質炉１の操業条件は、圧力２．５ＭＰａ、温度１１００℃とした。
ガス化炉２へは、平均粒径４０μｍに粉砕したガス化石炭９を、窒素ガスを使用して気流搬送することにより投入した。ガス化石炭９の量は、５００ｋｇ／ｈ（石炭灰分２．７％、揮発分４５％、水分５％）とした。さらに、ガス化炉２への水蒸気１３の投入量を５０ｋｇ／h、酸素１２の投入量を３１０Ｎｍ３／ｈとした。
また、改質炉１へは、改質石炭１０を１６２ｋｇ／ｈ、窒素ガスを使用して気流搬送することにより投入した。気流搬送の流速は、１０ｍ／ｓｅｃとした。
【００４２】
また、ガス化炉２では、ガス化炉径の１／３の仮想円の接線方向に向けて４方向から、ガス化石炭９と、酸素含有ガス１１としての水蒸気１３及び酸素１２を投入し、旋回流を生じさせた。ガス化石炭９、水蒸気１３、酸素１２は二重管のバーナーを用いて投入した。二重管の内側、つまり二重管の内管内には、ガス化石炭９および搬送ガスが流れ、二重管の外側、つまり二重管の内管と外管との間には、水蒸気１３および酸素１２が混合されて流れる。
また改質炉１では、図２に示すような改質石炭吹き込みノズル４を用い、改質炉径の１／２の仮想円２４の接線方向に向けて４方向から改質石炭１０を投入し、旋回流を生じさせた。【００４３】
その結果、ガス化炉２出口であるスロート３におけるガス化ガス１４の量は１１３４Ｎｍ３／ｈ、ガス化ガス１４の発熱量は１８７９ｋｃａｌ／ｈであった。また、改質炉出口７における生成ガスの量は１２７９Ｎｍ３／ｈ、生成ガスの発熱量は２２３９ｋｃａｌ／ｈであった。タールの生成量は極僅かであった。また、２００時間の操業後に改質炉１内を開放点検したところ、改質炉１の炉壁１ａの内面に付着物は見られず、改質炉１の炉壁１ａはきれいな状態であった。【００４４】
（実施例）
実施例は、参考例とほぼ同様の装置および反応条件である。実施例では、図３に示すような改質石炭吹き込みノズル４Ａ、４Ｂのうちの２本の第１ノズル４Ａを改質炉１の直径の１／３の仮想円２４Ａの接線方向へ向けた。また、改質石炭吹き込みノズル４Ａ、４Ｂのうちの他の２本の第２ノズル４Ｂを改質炉１の直径の２／３の仮想円２４Ｂの接線方向へ向けた。
【００４５】
ガス化炉２へは、参考例と同様に平均粒径４０μｍに粉砕したガス化石炭９を、窒素ガスを使用して気流搬送することにより投入した。ガス化石炭９の量は、５００ｋｇ／ｈ（石炭灰分２．７％、揮発分４５％、水分５％）とした。さらに、ガス化炉２への水蒸気１３の投入量を５０ｋｇ／ｈ、酸素１２の投入量を３１０Ｎｍ３／ｈとした。
また、改質炉１へは、２本の第１ノズル４Ａおよび２本の第２ノズル４Ｂを用いて４方向から改質石炭１０を合計１６０ｋｇ／ｈ、窒素ガスを使用して気流搬送することにより投入した。気流搬送の流速は、１０ｍ／ｓｅｃとした。
【００４６】
ガス化炉２では、ガス化炉径の１／３の仮想円の接線方向に向けて４方向から、ガス化石炭９の吹き込みを行い、旋回流を生じさせた。参考例と同様にガス化石炭９、水蒸気１３、酸素１２は二重管のバーナーを用いて投入した。二重管の内側にはガス化石炭９および搬送ガスが流れる。二重管の外側には水蒸気１３および酸素１２が混合されて流れる。
【００４７】
その結果、ガス化炉２出口であるスロート３におけるガス化ガス１４の量は１１３４Ｎｍ３／ｈ、ガス化ガス１４の発熱量は１８７９ｋｃａｌ／ｈ、改質炉１の温度１１００℃であった。また改質炉出口７における生成ガスの量は１２８０Ｎｍ３／ｈ、生成ガスの発熱量は２２４９ｋｃａｌ／ｈとなった。実施例では、参考例に比較して発熱量の増加が見られた。また、２００時間の操業後に改質炉１内を開放点検したところ、改質炉１の炉壁１ａの内面に付着物は見られず、改質炉１の炉壁１ａはきれいな状態であった。
【００４８】
（比較例１）
比較例１は、参考例とほぼ同様の装置および反応条件である。比較例１では、図４に示すように、改質石炭吹き込みノズル４を４方向から対向させた。
参考例と同様に、ガス化炉２へ平均粒径４０μｍに粉砕したガス化石炭９を、気流搬送することにより投入した。ガス化石炭９の量は、５００ｋｇ／ｈ（石炭灰分２．７％、揮発分４５％、水分５％）とした。また、ガス化炉２への水蒸気１３の投入量を５０ｋｇ／ｈとし、酸素１２の投入量を３１０Ｎｍ３／ｈとした。
また改質炉１には、改質石炭吹き込みノズル４から改質炉中心軸Ｏに向かって４方向から改質石炭１０を合計１６０ｋｇ／ｈ、気流搬送することにより投入した。気流搬送の流速は、１０ｍ／ｓｅｃとした。
【００４９】
ガス化炉２では、ガス化炉径の１／３の仮想円の接線方向に向けて４方向からガス化石炭９の吹き込みを行い、旋回流を生じさせた。なお、参考例、実施例と同様にガス化石炭９、水蒸気１３、酸素１２は二重管のバーナーを用いて投入した。二重管の内側にはガス化石炭９および搬送ガスが流れる。二重管の外側には水蒸気１３および酸素１２が混合されて流れる。
【００５０】
その結果、ガス化炉２出ロであるスロート３におけるガス化ガス１４の量は１１３４Ｎｍ３／ｈ、ガス化ガス１４の発熱量は１８７９ｋｃａｌ／ｈ、改質炉１の温度は１１００℃となった。また、改質炉出口７における生成ガスの量は１２７４Ｎｍ３／ｈ、生成ガスの発熱量は２１６８ｋｃａｌ／ｈとなった。比較例１では、参考例、実施例に比較して発熱量の低下が顕著であった。また、２００時間の操業後に改質炉１内を開放点検したところ、改質炉１の炉壁１ａの内面に石炭由来と見られる炭素質の付着物が認められた。
【００５１】
（比較例２）
比較例２は、参考例とほぼ同様の装置および反応条件である。比較例２では、改質炉１に投入する改質石炭１０を、改質炉径の１／２の仮想円の接線方向ヘ、ガス化炉２内でのガス化石炭９の旋回流と同じ向きに気流搬送することにより投入した。
【００５２】
参考例と同様に、ガス化炉２へ平均粒径４０μｍに粉砕したガス化石炭９を、気流搬送することにより投入した。ガス化石炭９の量は、５００ｋｇ／ｈ（石炭灰分２．７％、揮発分４５％、水分５％）とした。また、ガス化炉２への水蒸気１３の投入量を５０ｋｇ／ｈとし、酸素１２の投入量を３１０Ｎｍ３／ｈとした。
また改質炉１には、４本の改質石炭吹き込みノズル４を用いて４方向から改質石炭１０を合計１６０ｋｇ／ｈ、気流搬送することにより投入した。気流搬送の流速は、１０ｍ／ｓｅｃとした。
【００５３】
ガス化炉２では、ガス化炉径の１／３の仮想円の接線方向に向けて４方向からガス化石炭９の吹き込みを行い、旋回流を生じさせた。なお、参考例、実施例および比較例１と同様にガス化石炭９、水蒸気１３、酸素１２は二重管のバーナーを用いて投入した。二重管の内側にはガス化石炭９および搬送ガスが流れる。二重管の外側には水蒸気１３および酸素１２が混合されて流れる。
【００５４】
その結果、ガス化炉２出ロであるスロート３におけるガス化ガス１４の量は１１３４Ｎｍ３／ｈ、ガス化ガス１４の発熱量は１８７９ｋｃａｌ／ｈ、改質炉１の温度は１１００℃となった。また、改質炉出口７における生成ガスの量は１２７４Ｎｍ３／ｈ、生成ガスの発熱量は２１５１ｋｃａｌ／ｈとなった。比較例２では、参考例や実施例、比較例１に比較して発熱量の低下が顕著であった。また、２００時間の操業後に改質炉１内を開放点検したところ、改質炉１の炉壁１ａの内面に石炭由来と見られる炭素質の付着物が認められた。
【符号の説明】
【００５５】
１    改質炉
１ａ      改質炉炉壁（炉壁）
２    ガス化炉
３    スロート
４、４Ａ、４Ｂ  改質石炭吹き込みノズル
５    ガス化バーナー
６    スラグタップ
７    改質炉出口
８    水槽
９    ガス化石炭
１０      改質石炭
１１      酸素含有ガス
１２      酸素
１３      水蒸気
１４      ガス化ガス
１５      スラグ
１６      生成物
１７      ボイラー管
２０      石炭の熱分解ガス化装置
２１      気流層反応器
２２、２２Ａ、２２Ｂ  ノズル軸線
２３      仮想線
２４、２４Ａ、２４Ｂ  仮想円
α、β    投入角度
Ｏ    改質炉中心軸
【図１】
0005450800.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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