(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を急速に熱分解させて、ガス、タール、チャーを製造するプロセスにおいて、チャー、石炭、又はその他の炭素質原料の酸素によるガス化で生ずる高温ガス中に、水素リッチガスを混合し、水素濃度を高めたガス雰囲気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中で圧力１０〜１００ａｔｍ且つ温度７００〜１０００℃にて行わせて熱分解ガス、タール及びチャーを生成し、当該生成物からチャーを分離後、前記熱分解ガスを精製して製品ガスとＢＴＸとすると共に、前記タールを精製してＢＴＸとその他液成分とし、更に、前記製品ガスの一部をシフト反応により前記水素リッチガスとして前記ガス化で生じる高温ガス中に混合することを特徴とする石炭水素化熱分解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭を水素含有雰囲気下において急速に熱分解させて、ガス、タール、チャーを製造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは現在までに、石炭を急速に加熱し、熱分解することにより、石炭からガス、タール、チャーのような有用成分を製造するプロセスに関する提案を行っている。
例えば、特開平１−１１３４９１号公報には、石炭を気相中で、間接的に昇温された熱分解発生ガスと混合させることによって、石炭を短時間で熱分解し、石炭中の揮発分の多くをタール、ガスとして回収する技術が開示されている。また、特開平５−２９５３７１号公報には、石炭を急速熱分解して得られたチャーの一部を酸素でガス化し、その高温ガス中に微粉炭を吹き込むことによって、石炭の熱分解を行う技術が開示されている。更に、特開平６−８８０７８号公報では、含水素物質を酸素で部分燃焼させ、雰囲気ガス中水素濃度を２０％以上としたガス雰囲気中に石炭を吹き込むことによって石炭の熱分解を行い、石炭から生成するＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、キシレン）の収率を特に増加させる技術の提案を行っている。
【０００３】
また、現在までに、石炭水添ガス化または水素化熱分解と呼ばれるプロセスもいくつか提案されている。このプロセスは、石炭を高温高圧下において水素と反応させて、直接メタンをはじめとする炭化水素ガスおよびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を製造することに特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−８８０７８号公報で示されたプロセスは、雰囲気ガス中の水素濃度を高めることによって、特開平５−２９５３７１号公報におけるプロセスよりも、石炭の熱分解の結果生成するＢＴＸの収率を増加させることに特徴がある。しかし、生成した熱分解ガスを酸素で部分燃焼するだけでは、雰囲気ガス中の水素濃度を高めるのには限界があるため、生成物として得られるＢＴＸの収率にも限界点があった。図２に石炭水添ガス化プロセスのフローシートの一例を示す（燃料協会誌、第６９巻、６９４ぺ一ジ、１９９０）。石炭水添ガス化プロセスにおいては、石炭を高温高圧かつほぼ１００％近い高濃度の水素雰囲気下で熱分解を行うため、反応生成物として、メタンをはじめとする炭化水素を高濃度で含有する高カロリーガス、ＢＴＸをはじめとする軽質油成分を高収率で得ることができる。
【０００５】
しかし、図２に示すように、石炭水添ガス化プロセスは、雰囲気ガスである非常に高濃度の水素ガスを精製するために、▲１▼生成した熱分解ガス中の水素のみを分離するための深冷分離装置、▲２▼チャーのガス化によって生成したガス全量を水素に転換、精製するための装置（酸性ガス除去装置、ＣＯシフト反応装置）が必要となる。従って、プロセスは非常に大がかりなものとなり、設備のイニシャルコストは莫大なものとなってしまう。
【０００６】
また、石炭水添ガス化プロセスにおいて、ガス化のために必要な熱は、下記式（１）のような反応式で示されるメタンの生成熱によって供給される。
Ｃ＋２Ｈ2 ＝ＣＨ4 ＋７４．８７３kJ/mol・・・・・・（１）
しかし、文献（燃料協会誌、第６９巻、７０７ぺ一ジ、１９９０）によると、水添ガス化反応器における壁からの熱損失、ベンゼンおよびキシレンの生成熱（吸熱反応）等を考慮すると、メタンの生成熱のみで反応器内を通常の水添ガス化反応に必要な８００℃以上の温度レベルに保つのは困難であり、何らかの熱補給が必要であると述べられている。
【０００７】
熱補給の方法としては、▲１▼ガス化後の生成ガスと水素の間で熱交換を行う方法、▲２▼ガス化反応器中に酸素を供給して、生成ガスや水素の一部を燃焼させて熱補給する方法、が挙げられている。しかし、前者の方法においては、高圧において効率良く稼働し、かつ生成ガス中のタール、ＢＴＸ、水等の凝縮による能力低下のない大型の熱交換器の開発が必要であった。また、後者の方法においては、生成ガスや水素の一部が燃焼して消失するため、冷ガス効率が低下してしまうという欠点があった。
【０００８】
本発明の目的は、メタンをはじめとする炭化水素ガスおよびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を高い収率で製造することが可能であり、かつ設備のイニシャルコストを低減し、熱補給の必要がない高い熱効率の石炭水素化熱分解方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の石炭水素化熱分解方法は、石炭を急速に熱分解させて、ガス、タール、チャーを製造するプロセスにおいて、チャー、石炭、又はその他の炭素質原料の酸素によるガス化で生ずる高温ガス中に、水素リッチガスを混合し、水素濃度を高めたガス雰囲気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で圧力１０〜１００ａｔｍ且つ温度７００〜１０００℃にて行わせて熱分解ガス、タール及びチャーを生成し、当該生成物からチャーを分離後、前記熱分解ガスを精製して製品ガスとＢＴＸとすると共に、前記タールを精製してＢＴＸとその他液成分とし、更に、前記製品ガスの一部をシフト反応により前記水素リッチガスとして前記ガス化で生じる高温ガス中に混合する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。図１に本発明の石炭水素化熱分解方法のフローシートを示す。
微粉砕した石炭は気流層型の熱分解反応器１へ導入される。熱分解反応器１では、高温ガス発生器２において発生する高温ガスおよび水素ガスとの混合ガスに石炭を混合し、熱分解することによって、熱分解反応生成物として熱分解ガス、タール、チャーが発生する。発生したチャーは、サイクロン３によってガス、タールと分離される。分離されたチャーの一部または全量は、高温ガス発生器２において酸素ガスによってガス化（部分酸化）され、高温ガス（主成分は水素および一酸化炭素）に変換される。高温ガス発生器２を熱分解反応器下部に設置することによって、高温ガスの顕熱は、放熱を最小限として効率良く、熱分解反応器１へ導入される。なお、炭種によっては、ガス化温度を制御するために、スチームをガス化剤として添加する場合もある。また、発生したチャーを他の用途に使用する場合は、チャーの代わりに石炭または他の炭素質原料を使用しても良い。
【００１１】
熱分解ガスおよびタールは冷却器４によって分離される。タールは更に蒸留等の方式のタール精製器５によって、ＢＴＸ、その他液成分に分離精製される。一方の熱分解ガスは、脱硫器６によって硫黄を除去した後、吸収等の方式のガス精製器７によって、ＢＴＸと製品ガスに分離精製される。
【００１２】
製品ガスの一部はシフト反応器８へ導入され、下記（２）式に示す水性ガスシフト反応によって、一酸化炭素が水素および二酸化炭素へと変換され、水素リッチガスとなる。水素リッチガスは脱炭酸器９によって二酸化炭素が除去され、水素ガスとしてリサイクル利用される。
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ2 ＋Ｈ2 ＋４０．３kJ/mol・・・・・・（２）
熱分解雰囲気ガス中の水素濃度は３０％以上となるように、製品ガスをリサイクルするのが望ましい。リサイクルする水素ガスが増加した場合には、熱交換器１０を設置して、熱分解ガスとの熱交換を実施しても良い。
【００１３】
熱分解反応器１内の反応条件は、温度５００〜１６００℃、圧力１〜１５０atm 、ガス滞留時間０．０１〜３０sec とするが、ＢＴＸの収率を向上させるためには、特に温度７００〜１０００℃、圧力１０〜１００atm 、ガス滞留時間０．０１〜５sec とするのが望ましい。
【００１４】
【実施例】
図１に示したフローに従って、石炭１０００kgの熱分解を実施した。熱分解反応温度を８００℃、圧力を３０atm 、ガス滞留時間を１sec とし、製品ガス１９２０Nm3 の内の１０００Nm3 をリサイクルした。また、発生したチャーは、その全量を高温ガス発生器においてガス化した。
【００１５】
表１に、その結果得られた熱分解反応生成物の発生量を示す。また比較例として、製品ガスのリサイクルを行わない、従来プロセスでの熱分解の結果を示す。実施例においては比較例よりもＢＴＸの収率が大幅に増加した。また、ＢＴＸ以外の液成分も大幅に増加したが、実施例におけるこれらの液成分の平均分子量が１９５であるのに対し、比較例では３０８であり、実施例の液成分の方がより軽質化が進行していた。
【００１６】
【表１】
0004088363.tif 000002
【００１７】
表２に実施例と比較例における製品ガスの組成および燃焼熱を示す。実施例においては３０atm の高圧ガスが発生するため、比較例の場合と比較して、特に発電用途に優れていた。また、製品ガス中のＨ2 ／ＣＯ比が大きいため、メタノール合成等の化学原料としても好適である。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
【発明の効果】
本発明により、メタンをはじめとする炭化水素ガスおよびＢＴＸをはじめとする液状炭化水素を高い収率で製造することが可能であり、かつ設備のイニシャルコストを低減し、熱補給の必要がない高い熱効率の石炭水素化熱分解方法を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石炭水素化熱分解方法のフローシートである。
【図２】公知の石炭水添ガス化プロセスのフローシートである。
【符号の説明】
１  熱分解反応器
２  高温ガス発生器
３  サイクロン
４  冷却器
５  タール精製器
６  脱硫器
７  ガス精製器
８  シフト反応器
９  脱炭酸器
１０  熱交換器
【図１】
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【図２】
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