石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法、並びに石炭ガス化装置
【課題】スラグ排出孔周辺のスラグ付着物を効果的に除去して、スラグ排出孔の閉塞を防止すること。
【解決手段】内部で石炭１６、１９の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグ２５と、が生成される反応炉本体１１と、反応炉本体１１内とスラグ排出孔１２を通して連通されるとともにスラグ排出孔１２を通して反応炉本体１１内からスラグ２５が排出される排出槽１３と、を備える石炭ガス化装置４において、スラグ排出孔１２周辺に付着したスラグ付着物を除去する方法であって、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込工程を有する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を提供する。
【解決手段】内部で石炭１６、１９の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグ２５と、が生成される反応炉本体１１と、反応炉本体１１内とスラグ排出孔１２を通して連通されるとともにスラグ排出孔１２を通して反応炉本体１１内からスラグ２５が排出される排出槽１３と、を備える石炭ガス化装置４において、スラグ排出孔１２周辺に付着したスラグ付着物を除去する方法であって、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込工程を有する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスを製造する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法、並びに石炭ガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の石炭ガス化装置として、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスとスラグとが生成される反応炉本体と、反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともにスラグ排出孔を通して反応炉本体内からスラグが排出される排出槽と、を備える構成が知られている。
【０００３】
しかしながら、この石炭ガス化装置では、例えばスラグ排出孔周辺（スラグ排出孔の内周面や、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部など）に付着したスラグ付着物により、スラグ排出孔が閉塞されて反応炉本体からスラグが排出されなくなる可能性があった。
そこで、この問題を解決するために、例えば下記特許文献１記載のガス化炉の運用方法を、反応炉本体から排出槽にスラグを排出する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法に適用することが考えられる。
【０００４】
この方法では、排出槽に酸素含有ガスを供給し、スラグ排出孔から排出槽に流入するガスに含まれる可燃性成分を燃焼させる。ここで、排出槽に流入するガスは、スラグ排出孔から排出槽に排出されるスラグとともに流入する。
この方法は、スラグ排出孔から排出槽に流入するガスに含まれる可燃性成分を燃焼させることにより、排出槽の内部温度、特にスラグ排出孔周辺の温度を高温で保持してスラグ付着物を加熱して除去し、スラグの排出を順調に行うことを企図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法では、スラグ排出孔から排出槽にスラグとともに流入するガスは微量であるため、前記可燃性成分の燃焼によってスラグ排出孔周辺の温度を高温で保持することが困難であった。
したがって、前記従来の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法では、スラグ付着物が十分に除去されないおそれがあった。その結果、石炭ガス化装置において、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞され、反応炉本体からスラグが排出されなくなるおそれがあった。
なお、前記排出槽に酸素含有ガスを供給するバーナーを用いてスラグ排出孔周辺の温度を高温に保持することも考えられるが、この場合、バーナーから供給される燃料ガスの使用量を増やさなければならならず、コスト増などにつながり不利である。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スラグ排出孔周辺のスラグ付着物を効果的に除去して、スラグ排出孔の閉塞を防止できる石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを利用し、排出槽に引き込み、さらにこれを燃焼してスラグ排出孔周辺を加熱するとスラグ排出孔周辺のスラグ付着を防止できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法であって、前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込工程を有し、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を除去することを特徴とする。
なお、スラグ排出孔周辺とは、スラグ排出孔の内周面、もしくは排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を意味している。
【０００９】
この発明によれば、引込工程時に、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むので、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによってスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することができる。
【００１０】
また、前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、前記引込工程は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降工程を有していても良い。
【００１１】
この場合、排出槽に冷却液体が貯留されているので、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって冷却することができる。
また、液面下降工程時に排出槽内の冷却液体の液面を下降させることで、排出槽内を負圧にすることができる。これにより、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。
【００１２】
また、前記引込工程は、前記液面下降工程の後、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇工程を有するとともに、前記液面下降工程と前記液面上昇工程とを交互に繰り返しても良い。
【００１３】
この場合、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、液面下降工程を継続して行うのではなく、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、排出槽内の冷却液体の液面位置を所定の高さ範囲で確保することが可能になり、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって効果的に冷却することができる。
【００１４】
また、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を有していても良い。
【００１５】
この場合、ガス燃焼工程時に、排出槽内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことでスラグ付着物を加熱することと相俟って、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、スラグ付着物を加熱するために排出槽内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００１６】
また、前記石炭ガス化装置は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを更に備え、前記ガス燃焼工程は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させても良い。
【００１７】
この場合、石炭ガス化装置の通常運転時に、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を孔加熱バーナーにより加熱することで、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
また、ガス燃焼工程時に燃焼させる石炭ガス化ガスが、排出槽内に引き込まれることで多量に流入しているので、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部で、孔加熱バーナーから噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００１８】
また、前記引込工程は、前記スラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われても良い。
【００１９】
この場合、引込工程が、スラグ付着物によるスラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われるので、例えばスラグ排出孔が完全に閉塞される前に、確実に引込工程を行うことができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【００２０】
また、本発明に係る石炭ガス化装置は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置であって、前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込機構を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、引込機構により、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことで、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによって、スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することが可能になり、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを抑え、反応炉本体から排出槽にスラグを円滑に排出することができる。
【００２２】
また、前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降手段を備えていても良い。
【００２３】
この場合、排出槽に冷却液体が貯留されているので、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって冷却することができる。
また、液面下降手段により排出槽内の冷却液体の液面を下降させることで、排出槽内を負圧にすることができる。これにより、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。
【００２４】
また、前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇手段を備えていても良い。
【００２５】
この場合、液面下降手段により、排出槽内の冷却液体の液面を下降させた後、液面上昇手段により、排出槽内の冷却液体の液面を上昇させることで、排出槽内の冷却液体の液面位置を所定の高さ範囲で確保することができる。これにより、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって効果的に冷却することができる。
また、このような排出槽内の冷却液体の液面を下降および上昇を交互に繰り返すことで、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
【００２６】
また、前記排出槽には、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構が設けられていても良い。
【００２７】
この場合、ガス燃焼手段により、排出槽内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことでスラグを加熱することと相俟って、スラグによりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、ガス燃焼機構から、スラグ付着物を加熱するために排出槽内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００２８】
また、前記ガス燃焼機構は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナー備え、前記ガス燃焼機構は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させても良い。
【００２９】
この場合、排出槽に前記孔加熱バーナーが設けられているので、通常運転時に排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を孔加熱バーナーにより加熱することができる。これにより、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
また、引込機構によって石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込み多量に流入させることができるので、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部で、孔加熱バーナーから噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００３０】
また、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、前記引込機構に前記石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構を備えていても良い。
【００３１】
この場合、制御機構が、スラグ付着物によるスラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、引込機構に石炭ガス化ガスを引き込ませるので、例えばスラグ排出孔が完全に閉塞される前に、確実に石炭ガス化ガスを引き込ませることができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、スラグ排出孔周辺のスラグ付着物を効果的に除去して、スラグ排出孔の閉塞を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉を備える石炭ガス化システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（石炭ガス化システム）
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉（石炭ガス化装置）を備える石炭ガス化システムを説明する。
図１に示すように、石炭ガス化システム１は、石炭を原料として水素ガスと一酸化炭素ガスを主成分とする石炭ガス化ガスを生成し、この石炭ガス化ガスから最終的にメタン、メタノールおよびアンモニア等の製品を製造するプラント設備である。
【００３５】
石炭ガス化システム１は、石炭粉砕・乾燥設備２と、石炭供給設備３と、石炭ガス化反応炉４と、熱回収設備５と、チャー回収設備６と、シフト反応設備７と、ガス精製設備８と、化学合成設備９と、空気分離設備１０とを備えている。
【００３６】
一般に石炭は、外径が不均一であり、その種類によって所望の値より多くの水分を含む場合がある。そこで、まず石炭粉砕・乾燥設備２において、石炭は、例えば平均粒子径が３０〜６０（μｍ）程度の微粉炭となるように粉砕され、さらに所定の水分含有量となるように乾燥された後に、石炭供給設備３に供給される。なお、石炭粉砕・乾燥設備２の後から石炭ガス化反応炉４までは、乾燥した石炭中の水分量が変化しないように、石炭は密閉された空間内を移動する。
【００３７】
続いて、石炭は、石炭ガス化反応炉４内に供給するために石炭供給設備３内で搬送ガス等により所定の圧力まで昇圧され、その後で石炭ガス化反応炉４に搬送（気流搬送）される。
一方で、空気分離設備１０は、空気を圧縮して液化し、液体となった空気から沸点の違いにより乾燥した酸素ガスや窒素ガス等を分離する。空気分離設備１０で分離された酸素ガスは、石炭ガス化反応炉４に供給される。
【００３８】
そして、石炭ガス化反応炉４は、石炭供給設備３から搬送された石炭を、空気分離設備１０から供給された酸素を用いて熱分解することにより、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを主成分とする高温の石炭ガス化ガスやチャー（未ガス化石炭残滓または熱分解残滓）などを生成する。これらの石炭ガス化ガスおよびチャーは、石炭ガス化反応炉４から熱回収設備５に供給される。
【００３９】
熱回収設備５では、石炭ガス化反応炉４から搬送された石炭ガス化ガスおよびチャーを、水蒸気との間で熱交換させて冷却するとともに水蒸気の温度を高める。なおこの水蒸気は、例えば前述の石炭粉砕・乾燥設備２等に石炭の乾燥等の目的のために供給される。
熱回収設備５で冷却された石炭ガス化ガスおよびチャーは、熱回収設備５からチャー回収設備６に供給され、チャー回収設備６でチャーが回収される。
【００４０】
チャー回収設備６を通過した石炭ガス化ガスは、シフト反応設備７に供給される。そして、石炭ガス化ガス中の一酸化炭素ガスに対する水素ガスの比率を一定の値まで高めるために、シフト反応設備７中に水蒸気が供給され、下記の化学反応式（１）で示されるシフト反応により、一酸化炭素ガスが消費されて代わりに水素ガスが発生する。
【００４１】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 ・・・（１）
【００４２】
シフト反応設備７で成分を調整された石炭ガス化ガスは、ガス精製設備８に供給され、石炭ガス化ガスに含まれる二酸化炭素ガスや、硫黄を成分として含むガス等が回収される。
ガス精製設備８で精製された石炭ガス化ガスは、化学合成設備９に供給され、メタンやメタノール等の製品が製造される。
【００４３】
（石炭ガス化反応炉）
次に、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉４について詳細を説明する。
図２に示すように、石炭ガス化反応炉４は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスとスラグ（灰分）２５とが生成される反応炉本体１１と、反応炉本体１１内とスラグ排出孔１２を通して連通されるとともにスラグ排出孔１２を通して反応炉本体１１内からスラグ２５が排出される排出槽１３と、を備えている。
【００４４】
反応炉本体１１は、上流側の部分酸化部１４と、下流側の熱分解部１５と、を備えている。
部分酸化部１４は、内部に投入されるガス化石炭１６を、酸素含有ガス１７を酸化剤（ガス化剤）としてガス化して、主に一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、水蒸気で構成されるガス化ガス１８を生成する。ここで部分酸化部１４では、後述するようにガス化石炭１６に含まれる灰分を溶融排出する必要があるため、部分酸化部１４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、部分酸化部１４から熱分解部１５に導入されるガス化ガス１８も部分酸化部１４内で高温となっており、熱分解部１５においてこのガス化ガス１８中に改質石炭１９を投入することで、改質石炭１９が昇温して熱分解反応を起こし、石炭ガス化ガスを含む生成物２０を得ることができる。この生成物２０は、熱分解部１５に設けられた炉出口２１を通して前記熱回収設備５に供給される。
【００４５】
このような反応炉本体１１は、下段に前記部分酸化部１４、上段に前記熱分解部１５を設けた上下二室二段式となっている。また反応炉本体１１は、部分酸化部１４と熱分解部１５が小径のスロート２２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（部分酸化部１４）と、熱分解を行う部分（熱分解部１５）と、を完全に分けることができ、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、反応炉本体１１では、ガスの流路に絞り（スロート２２）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（熱分解部１５）に投入された石炭粒子（改質石炭１９）等が下室（部分酸化部１４）に落下することが防止され、各室で独立した反応条件を設定できる。なお部分酸化部１４、熱分解部１５およびスロート２２は、水平断面が円形の筒状構造を有する。
【００４６】
部分酸化部１４には、ガス化石炭１６と、ガス化石炭１６を部分酸化（部分燃焼、燃焼反応）させるための酸化剤である酸素含有ガス１７（例えば、酸素ガス、または、酸素ガスおよび水蒸気）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２３が設置されている。ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７とは、ガス化バーナー２３で部分酸化部１４へ吹き込まれ、急速に混合される。なお、このガス化バーナー２３から部分酸化部１４内に供給されるガス化石炭１６は、石炭粉砕・乾燥設備２において粉砕・乾燥されたものであり、酸素含有ガス１７中の酸素ガスは、空気分離設備１０で分離されたものであり、水蒸気は、熱回収設備５から供給されたものである。
【００４７】
部分酸化部１４においては、投入されるガス化石炭１６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に転換する（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１６から発生する揮発分がすす化する前に酸素含有ガス１７と反応するように、ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７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２３として二重管構造等を用い、ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７とを同じ位置から投入することが好ましい。
【００４８】
なお、二重管構造を用いずに酸素含有ガス１７を投入する場合には、部分酸化部１４内の石炭粒子濃度の高い部位に吹き込むことが好ましい。したがって、酸素含有ガス１７の投入ノズルをガス化石炭１６との投入ノズルと同じ高さに位置させ、酸素含有ガス１７とガス化石炭１６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１６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１６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より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。
【００４９】
部分酸化部１４での操業圧力および温度は、例えば、０．１〜２０ＭＰａ、１３００〜１７００℃で維持される。なお圧力は、熱分解部１５側の圧力に合わせて調整されるとともに、温度は、部分酸化部１４内におけるガス化石炭１６の部分酸化により維持される。
以上のように部分酸化部１４で生成したガス化ガス１８はスロート２２を通り熱分解部１５に送られる。
【００５０】
熱分解部１５には、熱分解部１５の内部に、石炭粉砕・乾燥設備２において粉砕・乾燥された改質石炭１９を供給する石炭供給ノズル２４が設けられている。この熱分解部１５では、石炭供給ノズル２４から投入された改質石炭１９の熱分解反応が起こり、この熱分解反応によって改質石炭１９から生成物２０として石炭ガス化ガス、チャー、そしてタールなどが生成する。石炭ガス化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。熱分解部１５に投入するものとして、改質石炭１９単独でも熱分解反応により前記生成物２０を製造することは可能であるが、改質石炭１９の他に水素ガスや水蒸気、酸素ガスのうち一種類以上を同時に投入することで生成する石炭ガス化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。
【００５１】
熱分解部１５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。熱分解部１５と部分酸化部１４とはスロート２２を介して上下接続されているため、ほぼ同じ圧力で操業される。
操業圧力に関しては、低すぎると、部分酸化部１４内でのガス滞留時間を確保するために容積を大きくする必要があり、その結果、部分酸化部１４の内面の表面積が大きくなって放散熱量が増加するため好ましくなく、高すぎると設備製作費用が高くなる。そのため、石炭ガス化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。また、高圧側の操業においては、熱分解部１５に改質石炭１９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。
【００５２】
熱分解部１５での温度に関しては、生成物２０のうち、回収の対象とする回収物が主として石炭ガス化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く、回収物が主として石炭ガス化ガスの場合は、８００〜１２００℃と比較的高い温度条件が好ましい。
また、回収物が主として石炭ガス化ガスの場合は、熱分解部１５に水蒸気や水素などの改質助剤を加えたり、部分酸化部１４に水蒸気などの改質助剤などを加えたりして、熱分解部１５内でのガス化反応を促進することが好ましい。
また、熱分解部１５で生じたチャーは、部分酸化部１４の燃料として、ガス化石炭１６と共に燃料として投入されて、循環利用されることが好ましい。
【００５３】
ここで部分酸化部１４において、ガス化石炭１６に含まれる灰分は、部分酸化部１４内でのガス化石炭１６の部分酸化による高温により溶融状態のスラグ２５となり、前記スラグ排出孔１２を通して排出槽１３に排出される。
排出槽１３は、反応炉本体１１の下方に配置されており、この排出槽１３には、反応炉本体１１から排出されたスラグ２５を冷却する冷却水（冷却液体）２６が貯留されている。反応炉本体１１からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３に排出される溶融状態のスラグ２５は、スラグ排出孔１２の内周面１２ａの下端から落下し、冷却水２６の液面に衝突するとともに冷却水２６により冷却される。これによりスラグ２５は、冷却水２６中で粒状に粉砕された状態で凝固する。
【００５４】
そして本実施形態では、排出槽１３には、冷却水２６中のスラグ２５を排出槽１３の外部に廃棄する廃棄機構２７と、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込機構２８と、排出槽１３内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構２９と、スラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて引込機構２８に石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構３０と、が設けられている。
【００５５】
廃棄機構２７は、排出槽１３から下方に向けて延在し冷却水２６中のスラグ２５を冷却水２６とともに外部に流出させる廃棄路３１と、排出槽１３の下方に配置され廃棄路３１から流出された冷却水２６が貯留される貯留槽３２と、廃棄路３１において排出槽１３と貯留槽３２との間に設けられ、廃棄路３１を流通する冷却水２６中のスラグ２５を濾過するロックホッパ３３と、廃棄路３１において排出槽１３とロックホッパ３３との間、およびロックホッパ３３と貯留槽３２との間にそれぞれ設けられたバルブ３４と、を備えている。
【００５６】
引込機構２８は、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させる液面下降手段３５と、排出槽１３内の冷却水２６の液面を上昇させる液面上昇手段３６と、を備えている。
液面下降手段３５は、排出槽１３内から冷却水２６を流出させることで冷却水２６の液面を下降させる。この液面下降手段３５は、前記貯留槽３２と、排出槽１３から下方に向けて延在し排出槽１３内と貯留槽３２内とを連通する流出路３７と、流出路３７に設けられた液面レベル調節弁３８と、を備えている。
【００５７】
液面上昇手段３６は、排出槽１３内に冷却水２６を流入させることで冷却水２６の液面を上昇させる。この液面上昇手段３６は、前記貯留槽３２と、貯留槽３２と排出槽１３とを連通する流入路３９と、流入路３９に設けられ貯留槽３２に貯留された冷却水２６を排出槽１３に移送する移送ポンプ４０と、流入路３９において移送ポンプ４０と排出槽１３との間に設けられ流入路３９を流通する冷却水２６の流量を調節する流量調節弁４１と、を備えている。
なお、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置（液面レベル）は、排出槽１３に設けられたレベル計４２により検出可能となっている。
【００５８】
ガス燃焼機構２９は、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを加熱する孔加熱バーナー４３で構成されている。孔加熱バーナー４３は、燃料ガス（例えば、メタンガス）および酸素ガスを混合し、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂに向けて噴射する。孔加熱バーナー４３から噴射される燃料ガスおよび酸素ガスそれぞれの噴射量は調整可能となっている。
【００５９】
制御機構３０は、スラグ排出孔１２周辺（スラグ排出孔１２の内周面１２ａ、もしくは排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂ）に付着したスラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する。この制御機構３０は、排出槽１３側からスラグ排出孔１２を監視する監視カメラ４４と、監視カメラ４４から監視結果が監視データとして送出され、この監視データに基づいてスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する検知・制御部４５と、を備えている。
【００６０】
検知・制御部４５は、例えば監視データを演算処理することでスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する。また検知・制御部４５は、このように検知したスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて液面下降手段３５の液面レベル調節弁３８を開閉する。さらに、この検知・制御部４５は、レベル計４２から液面位置データが送出されるとともに、液面上昇手段３６の流量調節弁４１を制御可能とされている。
【００６１】
（石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法）
次に、以上のように構成された石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法（石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法）について説明する。
【００６２】
ここで石炭ガス化反応炉４では、前述のようにこの石炭ガス化反応炉４で石炭ガス化ガスを製造する通常運転時に、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを、孔加熱バーナー４３によって加熱する孔加熱工程を行うとともに、廃棄機構２７を作動させ、冷却水２６中のスラグ２５を排出槽１３の外部に廃棄する廃棄工程を行う。
【００６３】
孔加熱工程では、例えば、図示しない温度検出機構によって検出された排出槽１３内における温度に応じて、孔加熱バーナー４３からの燃料ガスおよび酸素ガスの噴出量が予め決められている。
このように石炭ガス化反応炉４の通常運転時に孔加熱工程を行い、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを孔加熱バーナー４３により加熱することで、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
【００６４】
また廃棄工程は、例えば一定間隔おきに行う。これにより、冷却水２６中に溜まったスラグが定期的に外部に排出される。
この廃棄工程では、まず、ロックホッパ３３に設けられた図示しない給水手段によってロックホッパ３３内に水を供給し、ロックホッパ３３内を満水状態とする。その後、廃棄路３１に設けられた両バルブ３４を調節し、排出槽１３内の冷却水２６中のスラグ２５を冷却水２６とともに廃棄路３１に流通させる。このように、ロックホッパ３３内を満水状態とした後、排出槽１３内のスラグを排出することで、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置が変化するのを抑えることができる。
【００６５】
また、これらの孔加熱工程および廃棄工程とともに、制御機構３０によりスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する検知工程を行う。そして、検知工程の検知結果に基づいて、例えば、反応炉本体１１からのスラグ排出孔１２を通したスラグ２５の排出に支障が生じうると判定した場合などに、本発明に係る石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法を実施する。
【００６６】
この方法では、まず前記廃棄工程を行う。これにより、排出槽１３内のスラグ２５がロックホッパ３３に廃棄され、後述する液面下降工程時に液面下降手段３５の流出路３７をスラグ２５が流通することが抑えられる。
【００６７】
次いで、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込工程を行う。
この引込工程では、まず、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面下降手段３５の液面レベル調節弁３８を開状態にすることで、排出槽１３内の冷却水２６を流出路３７を通して貯留槽３２に流出させ、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させる液面下降工程を行う。このように排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させることで、排出槽１３内を負圧にすることが可能になり、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。なお、このように引き込まれた石炭ガス化ガスは、反応炉本体１１の部分酸化部１４内の部分酸化により生成された高温の可燃ガス（例えば、炭化水素ガスなど）が主成分となっている。
【００６８】
ここで、排出槽１３の上端部は、上方から下方に向かうに従って内径が漸次拡径しているとともに、排出槽１３において上端部よりも下側に位置する部分は、上下方向に延在する直胴部となっており、この液面下降工程では、反応炉本体１１内で生成された石炭ガス化ガスが、排出槽１３の上端部内に引き込まれる程度、冷却水２６の液面を下降させることで排出槽１３内を負圧にする。なおこのとき、前記石炭ガス化ガスを、例えば２Ｎｍ３以上１０Ｎｍ３以下、３０秒から６０秒程度で一度に引き込むことが好ましい。
これにより、排出槽１３内上部の温度は、例えば８００℃程度であったものが１１００℃程度まで上昇する。
【００６９】
以上のような排出槽１３内の冷却水２６の液面の下降が終了したとき、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面レベル調節弁３８を調節して、流出路３７からの冷却水２６の流出を規制することで、液面下降工程が終了する。
【００７０】
その後、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面上昇手段３６の流量調節弁４１を調節することで、貯留槽３２内の冷却水２６を流入路３９を通して排出槽１３に流入させ、排出槽１３内の冷却水２６の液面を上昇させる液面上昇工程を行う。これにより、液面下降工程で下降した排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を、例えば液面下降工程前の位置に復元することが可能になり、液面位置を所定の高さ範囲で確保することができる。
【００７１】
そして引込工程は、これらの液面下降工程および液面上昇工程を交互に繰り返す。これにより、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を所定の高さ範囲で確保しつつ、反応炉本体１１内の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むことが可能になる。
その後、例えば、液面下降工程および液面上昇工程を交互に繰り返すことで、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況が改善されたり、あるいは、液面下降工程および液面上昇工程が予め設定された所定の回数だけ繰り返されたりしたとき等に、引込工程が終了する。
【００７２】
また本実施形態では、前記引込工程とあわせて、排出槽１３内に流入された石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を行う。このとき本実施形態では、孔加熱バーナー４３からの酸素ガスの噴射量を増加させ、石炭ガス化ガスに酸素ガスを吹き付けることで石炭ガス化ガス中の可燃ガスを燃焼させる。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態に係る石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法、並びに石炭ガス化反応炉４によれば、引込工程時に、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むので、反応炉本体１１内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによってスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することが可能になり、スラグ付着物によりスラグ排出孔１２が閉塞されるのを抑え、反応炉本体１１から排出槽１３にスラグ２５を円滑に排出することができる。
【００７４】
また、引込工程が、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて行われるので、例えばスラグ排出孔１２が完全に閉塞される前に、確実に引込工程を行うことができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔１２が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【００７５】
また、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、液面下降工程を継続して行うのではなく、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を所定の高さ範囲で確保することが可能になり、反応炉本体１１から排出槽１３に排出されたスラグ２５を冷却水２６によって効果的に冷却することができる。
【００７６】
また、ガス燃焼工程時に、排出槽１３内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むことでスラグ付着物を加熱することと相俟って、スラグ付着物をより一層効果的に除去することができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、ガス燃焼機構２９から、スラグ付着物を加熱するために排出槽１３内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００７７】
また、ガス燃焼工程時に燃焼させる石炭ガス化ガスが、排出槽１３内に引き込まれることで多量に流入しているので、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂで、孔加熱バーナー４３から噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに向けて確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００７８】
なお、本発明の技術的範囲は前記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。
例えば、前記実施形態では、排出槽１３に孔加熱バーナー４３が設けられるものとしたが、孔加熱バーナー４３は無くても良い。この場合、ガス燃焼機構として、排出槽１３内に引き込まれる石炭ガス化ガスに酸素ガスを吹き付ける吹付ノズルを採用しても良い。
さらに、ガス燃焼機構２９は無くても良い。
【００７９】
また前記実施形態では、制御機構３０の監視カメラ４４からの監視データに基づいて、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知・制御部４５が検知するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、スラグ排出孔１２の上端部と下端部との差圧を測定することで、スラグ排出孔１２の閉塞状況を検知しても良い。
さらに前記実施形態では、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて引込工程を行うものとしたが、これに限られるものではない。例えば、予め決められた所定時間毎に引込工程を定期的に行うものとしても良い。
【００８０】
また前記実施形態では、引込工程は、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すものとしたが、これに限られるものではない。
さらに前記実施形態では、排出槽１３内の冷却水２６を貯留槽３２に流出させることで排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させたが、これに限られるものではない。
さらにまた、前記実施形態では、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させることで、反応炉本体１１内の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むものとしたが、これに限られるものではない。
【００８１】
また前記実施形態では、反応炉本体１１は、部分酸化部１４および熱分解部１５を有する上下二室二段式となっているものとしたが、これに限られるものではなく、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスおよびスラグが生成される反応炉本体を備える石炭ガス化装置であれば、本発明を適用することができる。
【００８２】
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】
【００８３】
次に、以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。
本検証試験では、実施例１、２および比較例の計３例の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を実施した。
ここで、実施例１、２および比較例ではいずれも、前記実施形態の石炭ガス化反応炉４を用いた。また、ガス化バーナー２３から部分酸化部１４内に、ガス化石炭１６を５００ｋｇ／ｈ、酸素ガスを２８０Ｎｍ３／ｈ、および水蒸気を５０ｋｇ／ｈでそれぞれ投入した。さらに、孔加熱バーナー４３は、燃料ガスとしてのメタンガスを１０Ｎｍ３／ｈ、および酸素ガスを２５Ｎｍ３／ｈでそれぞれ噴射した。
このとき、スラグ２５が２０ｋｇ／ｈでスラグ排出孔１２から排出され、徐々にスラグ排出孔１２周辺に付着して成長し始めたことが監視カメラ４４により確認された。
【００８４】
（実施例１、２について）
そこで実施例１では、排出槽１３の冷却水２６の液面を３０秒間で３０ｍｍ下降（すなわち、１ｍｍ／ｓｅｃで下降）させた後、液面を上昇させ、液面の下降および上昇を３回、繰り返し行った。また実施例２では、排出槽１３の冷却水２６の液面を３０秒間で３０ｍｍ下降（すなわち、１ｍｍ／ｓｅｃで下降）させつつ、孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を３０Ｎｍ３／ｈに増加させた。
そして、実施例１、２および比較例とも、その後のスラグ付着物の様子を監視カメラ４４で観察した。
【００８５】
その結果、実施例１、２では、スラグ付着物が溶融されて除去されたことが確認された。
なお実施例１では、排出槽１３の前記直胴部の上端に設置した熱電対により測定した温度が、液面の下降および上昇を繰り返した前後で、８００℃から１２００℃に上昇したのが確認された。また実施例２では、前記熱電対により測定した温度が、液面を下降させつつ孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を増加させた前後で、８００℃から１２５０℃に上昇したのが確認された。
【００８６】
（比較例について）
一方、比較例では、前述した条件で操業してスラグ排出孔１２周辺にスラグの付着が確認されてから、排出槽１３の冷却水２６の液面を変化させずに孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を３０Ｎｍ３／ｈに増加させたところ、排出槽１３上部の温度はほとんど変化せず、スラグ排出孔１２に付着したスラグ付着物に変化が見られないことが確認された。これは、液面変化をさせなかったことにより、石炭ガス化ガスの引き込みがなく、燃焼反応が促進されなかったためと考えられる。
【符号の説明】
【００８７】
４ 石炭ガス化反応炉（石炭ガス化装置）
１１ 反応炉本体
１２ スラグ排出孔
１２ｂ 開口周縁部
１３ 排出槽
１６、１９ 石炭
２５ スラグ
２６ 冷却水（冷却液体）
２８ 引込機構
２９ ガス燃焼機構
３０ 制御機構
３５ 液面下降手段
３６ 液面上昇手段
４３ 孔加熱バーナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスを製造する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法、並びに石炭ガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の石炭ガス化装置として、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスとスラグとが生成される反応炉本体と、反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともにスラグ排出孔を通して反応炉本体内からスラグが排出される排出槽と、を備える構成が知られている。
【０００３】
しかしながら、この石炭ガス化装置では、例えばスラグ排出孔周辺（スラグ排出孔の内周面や、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部など）に付着したスラグ付着物により、スラグ排出孔が閉塞されて反応炉本体からスラグが排出されなくなる可能性があった。
そこで、この問題を解決するために、例えば下記特許文献１記載のガス化炉の運用方法を、反応炉本体から排出槽にスラグを排出する石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法に適用することが考えられる。
【０００４】
この方法では、排出槽に酸素含有ガスを供給し、スラグ排出孔から排出槽に流入するガスに含まれる可燃性成分を燃焼させる。ここで、排出槽に流入するガスは、スラグ排出孔から排出槽に排出されるスラグとともに流入する。
この方法は、スラグ排出孔から排出槽に流入するガスに含まれる可燃性成分を燃焼させることにより、排出槽の内部温度、特にスラグ排出孔周辺の温度を高温で保持してスラグ付着物を加熱して除去し、スラグの排出を順調に行うことを企図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法では、スラグ排出孔から排出槽にスラグとともに流入するガスは微量であるため、前記可燃性成分の燃焼によってスラグ排出孔周辺の温度を高温で保持することが困難であった。
したがって、前記従来の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法では、スラグ付着物が十分に除去されないおそれがあった。その結果、石炭ガス化装置において、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞され、反応炉本体からスラグが排出されなくなるおそれがあった。
なお、前記排出槽に酸素含有ガスを供給するバーナーを用いてスラグ排出孔周辺の温度を高温に保持することも考えられるが、この場合、バーナーから供給される燃料ガスの使用量を増やさなければならならず、コスト増などにつながり不利である。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スラグ排出孔周辺のスラグ付着物を効果的に除去して、スラグ排出孔の閉塞を防止できる石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを利用し、排出槽に引き込み、さらにこれを燃焼してスラグ排出孔周辺を加熱するとスラグ排出孔周辺のスラグ付着を防止できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法であって、前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込工程を有し、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を除去することを特徴とする。
なお、スラグ排出孔周辺とは、スラグ排出孔の内周面、もしくは排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を意味している。
【０００９】
この発明によれば、引込工程時に、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むので、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによってスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することができる。
【００１０】
また、前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、前記引込工程は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降工程を有していても良い。
【００１１】
この場合、排出槽に冷却液体が貯留されているので、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって冷却することができる。
また、液面下降工程時に排出槽内の冷却液体の液面を下降させることで、排出槽内を負圧にすることができる。これにより、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。
【００１２】
また、前記引込工程は、前記液面下降工程の後、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇工程を有するとともに、前記液面下降工程と前記液面上昇工程とを交互に繰り返しても良い。
【００１３】
この場合、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、液面下降工程を継続して行うのではなく、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、排出槽内の冷却液体の液面位置を所定の高さ範囲で確保することが可能になり、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって効果的に冷却することができる。
【００１４】
また、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を有していても良い。
【００１５】
この場合、ガス燃焼工程時に、排出槽内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことでスラグ付着物を加熱することと相俟って、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、スラグ付着物を加熱するために排出槽内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００１６】
また、前記石炭ガス化装置は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを更に備え、前記ガス燃焼工程は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させても良い。
【００１７】
この場合、石炭ガス化装置の通常運転時に、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を孔加熱バーナーにより加熱することで、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
また、ガス燃焼工程時に燃焼させる石炭ガス化ガスが、排出槽内に引き込まれることで多量に流入しているので、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部で、孔加熱バーナーから噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００１８】
また、前記引込工程は、前記スラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われても良い。
【００１９】
この場合、引込工程が、スラグ付着物によるスラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われるので、例えばスラグ排出孔が完全に閉塞される前に、確実に引込工程を行うことができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【００２０】
また、本発明に係る石炭ガス化装置は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置であって、前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込機構を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、引込機構により、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことで、反応炉本体内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによって、スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することが可能になり、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを抑え、反応炉本体から排出槽にスラグを円滑に排出することができる。
【００２２】
また、前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降手段を備えていても良い。
【００２３】
この場合、排出槽に冷却液体が貯留されているので、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって冷却することができる。
また、液面下降手段により排出槽内の冷却液体の液面を下降させることで、排出槽内を負圧にすることができる。これにより、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。
【００２４】
また、前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇手段を備えていても良い。
【００２５】
この場合、液面下降手段により、排出槽内の冷却液体の液面を下降させた後、液面上昇手段により、排出槽内の冷却液体の液面を上昇させることで、排出槽内の冷却液体の液面位置を所定の高さ範囲で確保することができる。これにより、反応炉本体から排出槽に排出されたスラグを冷却液体によって効果的に冷却することができる。
また、このような排出槽内の冷却液体の液面を下降および上昇を交互に繰り返すことで、反応炉本体内からスラグ排出孔を通して排出槽内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
【００２６】
また、前記排出槽には、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構が設けられていても良い。
【００２７】
この場合、ガス燃焼手段により、排出槽内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔を通して石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込むことでスラグを加熱することと相俟って、スラグによりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、ガス燃焼機構から、スラグ付着物を加熱するために排出槽内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００２８】
また、前記ガス燃焼機構は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナー備え、前記ガス燃焼機構は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させても良い。
【００２９】
この場合、排出槽に前記孔加熱バーナーが設けられているので、通常運転時に排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部を孔加熱バーナーにより加熱することができる。これにより、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
また、引込機構によって石炭ガス化ガスを排出槽内に引き込み多量に流入させることができるので、排出槽におけるスラグ排出孔の開口周縁部で、孔加熱バーナーから噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００３０】
また、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、前記引込機構に前記石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構を備えていても良い。
【００３１】
この場合、制御機構が、スラグ付着物によるスラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、引込機構に石炭ガス化ガスを引き込ませるので、例えばスラグ排出孔が完全に閉塞される前に、確実に石炭ガス化ガスを引き込ませることができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、スラグ排出孔周辺のスラグ付着物を効果的に除去して、スラグ排出孔の閉塞を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉を備える石炭ガス化システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（石炭ガス化システム）
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉（石炭ガス化装置）を備える石炭ガス化システムを説明する。
図１に示すように、石炭ガス化システム１は、石炭を原料として水素ガスと一酸化炭素ガスを主成分とする石炭ガス化ガスを生成し、この石炭ガス化ガスから最終的にメタン、メタノールおよびアンモニア等の製品を製造するプラント設備である。
【００３５】
石炭ガス化システム１は、石炭粉砕・乾燥設備２と、石炭供給設備３と、石炭ガス化反応炉４と、熱回収設備５と、チャー回収設備６と、シフト反応設備７と、ガス精製設備８と、化学合成設備９と、空気分離設備１０とを備えている。
【００３６】
一般に石炭は、外径が不均一であり、その種類によって所望の値より多くの水分を含む場合がある。そこで、まず石炭粉砕・乾燥設備２において、石炭は、例えば平均粒子径が３０〜６０（μｍ）程度の微粉炭となるように粉砕され、さらに所定の水分含有量となるように乾燥された後に、石炭供給設備３に供給される。なお、石炭粉砕・乾燥設備２の後から石炭ガス化反応炉４までは、乾燥した石炭中の水分量が変化しないように、石炭は密閉された空間内を移動する。
【００３７】
続いて、石炭は、石炭ガス化反応炉４内に供給するために石炭供給設備３内で搬送ガス等により所定の圧力まで昇圧され、その後で石炭ガス化反応炉４に搬送（気流搬送）される。
一方で、空気分離設備１０は、空気を圧縮して液化し、液体となった空気から沸点の違いにより乾燥した酸素ガスや窒素ガス等を分離する。空気分離設備１０で分離された酸素ガスは、石炭ガス化反応炉４に供給される。
【００３８】
そして、石炭ガス化反応炉４は、石炭供給設備３から搬送された石炭を、空気分離設備１０から供給された酸素を用いて熱分解することにより、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを主成分とする高温の石炭ガス化ガスやチャー（未ガス化石炭残滓または熱分解残滓）などを生成する。これらの石炭ガス化ガスおよびチャーは、石炭ガス化反応炉４から熱回収設備５に供給される。
【００３９】
熱回収設備５では、石炭ガス化反応炉４から搬送された石炭ガス化ガスおよびチャーを、水蒸気との間で熱交換させて冷却するとともに水蒸気の温度を高める。なおこの水蒸気は、例えば前述の石炭粉砕・乾燥設備２等に石炭の乾燥等の目的のために供給される。
熱回収設備５で冷却された石炭ガス化ガスおよびチャーは、熱回収設備５からチャー回収設備６に供給され、チャー回収設備６でチャーが回収される。
【００４０】
チャー回収設備６を通過した石炭ガス化ガスは、シフト反応設備７に供給される。そして、石炭ガス化ガス中の一酸化炭素ガスに対する水素ガスの比率を一定の値まで高めるために、シフト反応設備７中に水蒸気が供給され、下記の化学反応式（１）で示されるシフト反応により、一酸化炭素ガスが消費されて代わりに水素ガスが発生する。
【００４１】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 ・・・（１）
【００４２】
シフト反応設備７で成分を調整された石炭ガス化ガスは、ガス精製設備８に供給され、石炭ガス化ガスに含まれる二酸化炭素ガスや、硫黄を成分として含むガス等が回収される。
ガス精製設備８で精製された石炭ガス化ガスは、化学合成設備９に供給され、メタンやメタノール等の製品が製造される。
【００４３】
（石炭ガス化反応炉）
次に、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化反応炉４について詳細を説明する。
図２に示すように、石炭ガス化反応炉４は、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスとスラグ（灰分）２５とが生成される反応炉本体１１と、反応炉本体１１内とスラグ排出孔１２を通して連通されるとともにスラグ排出孔１２を通して反応炉本体１１内からスラグ２５が排出される排出槽１３と、を備えている。
【００４４】
反応炉本体１１は、上流側の部分酸化部１４と、下流側の熱分解部１５と、を備えている。
部分酸化部１４は、内部に投入されるガス化石炭１６を、酸素含有ガス１７を酸化剤（ガス化剤）としてガス化して、主に一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、水蒸気で構成されるガス化ガス１８を生成する。ここで部分酸化部１４では、後述するようにガス化石炭１６に含まれる灰分を溶融排出する必要があるため、部分酸化部１４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、部分酸化部１４から熱分解部１５に導入されるガス化ガス１８も部分酸化部１４内で高温となっており、熱分解部１５においてこのガス化ガス１８中に改質石炭１９を投入することで、改質石炭１９が昇温して熱分解反応を起こし、石炭ガス化ガスを含む生成物２０を得ることができる。この生成物２０は、熱分解部１５に設けられた炉出口２１を通して前記熱回収設備５に供給される。
【００４５】
このような反応炉本体１１は、下段に前記部分酸化部１４、上段に前記熱分解部１５を設けた上下二室二段式となっている。また反応炉本体１１は、部分酸化部１４と熱分解部１５が小径のスロート２２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（部分酸化部１４）と、熱分解を行う部分（熱分解部１５）と、を完全に分けることができ、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、反応炉本体１１では、ガスの流路に絞り（スロート２２）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（熱分解部１５）に投入された石炭粒子（改質石炭１９）等が下室（部分酸化部１４）に落下することが防止され、各室で独立した反応条件を設定できる。なお部分酸化部１４、熱分解部１５およびスロート２２は、水平断面が円形の筒状構造を有する。
【００４６】
部分酸化部１４には、ガス化石炭１６と、ガス化石炭１６を部分酸化（部分燃焼、燃焼反応）させるための酸化剤である酸素含有ガス１７（例えば、酸素ガス、または、酸素ガスおよび水蒸気）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２３が設置されている。ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７とは、ガス化バーナー２３で部分酸化部１４へ吹き込まれ、急速に混合される。なお、このガス化バーナー２３から部分酸化部１４内に供給されるガス化石炭１６は、石炭粉砕・乾燥設備２において粉砕・乾燥されたものであり、酸素含有ガス１７中の酸素ガスは、空気分離設備１０で分離されたものであり、水蒸気は、熱回収設備５から供給されたものである。
【００４７】
部分酸化部１４においては、投入されるガス化石炭１６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に転換する（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１６から発生する揮発分がすす化する前に酸素含有ガス１７と反応するように、ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７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２３として二重管構造等を用い、ガス化石炭１６と酸素含有ガス１７とを同じ位置から投入することが好ましい。
【００４８】
なお、二重管構造を用いずに酸素含有ガス１７を投入する場合には、部分酸化部１４内の石炭粒子濃度の高い部位に吹き込むことが好ましい。したがって、酸素含有ガス１７の投入ノズルをガス化石炭１６との投入ノズルと同じ高さに位置させ、酸素含有ガス１７とガス化石炭１６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１６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１６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より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。
【００４９】
部分酸化部１４での操業圧力および温度は、例えば、０．１〜２０ＭＰａ、１３００〜１７００℃で維持される。なお圧力は、熱分解部１５側の圧力に合わせて調整されるとともに、温度は、部分酸化部１４内におけるガス化石炭１６の部分酸化により維持される。
以上のように部分酸化部１４で生成したガス化ガス１８はスロート２２を通り熱分解部１５に送られる。
【００５０】
熱分解部１５には、熱分解部１５の内部に、石炭粉砕・乾燥設備２において粉砕・乾燥された改質石炭１９を供給する石炭供給ノズル２４が設けられている。この熱分解部１５では、石炭供給ノズル２４から投入された改質石炭１９の熱分解反応が起こり、この熱分解反応によって改質石炭１９から生成物２０として石炭ガス化ガス、チャー、そしてタールなどが生成する。石炭ガス化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。熱分解部１５に投入するものとして、改質石炭１９単独でも熱分解反応により前記生成物２０を製造することは可能であるが、改質石炭１９の他に水素ガスや水蒸気、酸素ガスのうち一種類以上を同時に投入することで生成する石炭ガス化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。
【００５１】
熱分解部１５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。熱分解部１５と部分酸化部１４とはスロート２２を介して上下接続されているため、ほぼ同じ圧力で操業される。
操業圧力に関しては、低すぎると、部分酸化部１４内でのガス滞留時間を確保するために容積を大きくする必要があり、その結果、部分酸化部１４の内面の表面積が大きくなって放散熱量が増加するため好ましくなく、高すぎると設備製作費用が高くなる。そのため、石炭ガス化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。また、高圧側の操業においては、熱分解部１５に改質石炭１９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。
【００５２】
熱分解部１５での温度に関しては、生成物２０のうち、回収の対象とする回収物が主として石炭ガス化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く、回収物が主として石炭ガス化ガスの場合は、８００〜１２００℃と比較的高い温度条件が好ましい。
また、回収物が主として石炭ガス化ガスの場合は、熱分解部１５に水蒸気や水素などの改質助剤を加えたり、部分酸化部１４に水蒸気などの改質助剤などを加えたりして、熱分解部１５内でのガス化反応を促進することが好ましい。
また、熱分解部１５で生じたチャーは、部分酸化部１４の燃料として、ガス化石炭１６と共に燃料として投入されて、循環利用されることが好ましい。
【００５３】
ここで部分酸化部１４において、ガス化石炭１６に含まれる灰分は、部分酸化部１４内でのガス化石炭１６の部分酸化による高温により溶融状態のスラグ２５となり、前記スラグ排出孔１２を通して排出槽１３に排出される。
排出槽１３は、反応炉本体１１の下方に配置されており、この排出槽１３には、反応炉本体１１から排出されたスラグ２５を冷却する冷却水（冷却液体）２６が貯留されている。反応炉本体１１からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３に排出される溶融状態のスラグ２５は、スラグ排出孔１２の内周面１２ａの下端から落下し、冷却水２６の液面に衝突するとともに冷却水２６により冷却される。これによりスラグ２５は、冷却水２６中で粒状に粉砕された状態で凝固する。
【００５４】
そして本実施形態では、排出槽１３には、冷却水２６中のスラグ２５を排出槽１３の外部に廃棄する廃棄機構２７と、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込機構２８と、排出槽１３内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構２９と、スラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて引込機構２８に石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構３０と、が設けられている。
【００５５】
廃棄機構２７は、排出槽１３から下方に向けて延在し冷却水２６中のスラグ２５を冷却水２６とともに外部に流出させる廃棄路３１と、排出槽１３の下方に配置され廃棄路３１から流出された冷却水２６が貯留される貯留槽３２と、廃棄路３１において排出槽１３と貯留槽３２との間に設けられ、廃棄路３１を流通する冷却水２６中のスラグ２５を濾過するロックホッパ３３と、廃棄路３１において排出槽１３とロックホッパ３３との間、およびロックホッパ３３と貯留槽３２との間にそれぞれ設けられたバルブ３４と、を備えている。
【００５６】
引込機構２８は、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させる液面下降手段３５と、排出槽１３内の冷却水２６の液面を上昇させる液面上昇手段３６と、を備えている。
液面下降手段３５は、排出槽１３内から冷却水２６を流出させることで冷却水２６の液面を下降させる。この液面下降手段３５は、前記貯留槽３２と、排出槽１３から下方に向けて延在し排出槽１３内と貯留槽３２内とを連通する流出路３７と、流出路３７に設けられた液面レベル調節弁３８と、を備えている。
【００５７】
液面上昇手段３６は、排出槽１３内に冷却水２６を流入させることで冷却水２６の液面を上昇させる。この液面上昇手段３６は、前記貯留槽３２と、貯留槽３２と排出槽１３とを連通する流入路３９と、流入路３９に設けられ貯留槽３２に貯留された冷却水２６を排出槽１３に移送する移送ポンプ４０と、流入路３９において移送ポンプ４０と排出槽１３との間に設けられ流入路３９を流通する冷却水２６の流量を調節する流量調節弁４１と、を備えている。
なお、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置（液面レベル）は、排出槽１３に設けられたレベル計４２により検出可能となっている。
【００５８】
ガス燃焼機構２９は、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを加熱する孔加熱バーナー４３で構成されている。孔加熱バーナー４３は、燃料ガス（例えば、メタンガス）および酸素ガスを混合し、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂに向けて噴射する。孔加熱バーナー４３から噴射される燃料ガスおよび酸素ガスそれぞれの噴射量は調整可能となっている。
【００５９】
制御機構３０は、スラグ排出孔１２周辺（スラグ排出孔１２の内周面１２ａ、もしくは排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂ）に付着したスラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する。この制御機構３０は、排出槽１３側からスラグ排出孔１２を監視する監視カメラ４４と、監視カメラ４４から監視結果が監視データとして送出され、この監視データに基づいてスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する検知・制御部４５と、を備えている。
【００６０】
検知・制御部４５は、例えば監視データを演算処理することでスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する。また検知・制御部４５は、このように検知したスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて液面下降手段３５の液面レベル調節弁３８を開閉する。さらに、この検知・制御部４５は、レベル計４２から液面位置データが送出されるとともに、液面上昇手段３６の流量調節弁４１を制御可能とされている。
【００６１】
（石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法）
次に、以上のように構成された石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法（石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法）について説明する。
【００６２】
ここで石炭ガス化反応炉４では、前述のようにこの石炭ガス化反応炉４で石炭ガス化ガスを製造する通常運転時に、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを、孔加熱バーナー４３によって加熱する孔加熱工程を行うとともに、廃棄機構２７を作動させ、冷却水２６中のスラグ２５を排出槽１３の外部に廃棄する廃棄工程を行う。
【００６３】
孔加熱工程では、例えば、図示しない温度検出機構によって検出された排出槽１３内における温度に応じて、孔加熱バーナー４３からの燃料ガスおよび酸素ガスの噴出量が予め決められている。
このように石炭ガス化反応炉４の通常運転時に孔加熱工程を行い、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂを孔加熱バーナー４３により加熱することで、スラグ付着物の発生自体を抑えることができる。
【００６４】
また廃棄工程は、例えば一定間隔おきに行う。これにより、冷却水２６中に溜まったスラグが定期的に外部に排出される。
この廃棄工程では、まず、ロックホッパ３３に設けられた図示しない給水手段によってロックホッパ３３内に水を供給し、ロックホッパ３３内を満水状態とする。その後、廃棄路３１に設けられた両バルブ３４を調節し、排出槽１３内の冷却水２６中のスラグ２５を冷却水２６とともに廃棄路３１に流通させる。このように、ロックホッパ３３内を満水状態とした後、排出槽１３内のスラグを排出することで、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置が変化するのを抑えることができる。
【００６５】
また、これらの孔加熱工程および廃棄工程とともに、制御機構３０によりスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知する検知工程を行う。そして、検知工程の検知結果に基づいて、例えば、反応炉本体１１からのスラグ排出孔１２を通したスラグ２５の排出に支障が生じうると判定した場合などに、本発明に係る石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法を実施する。
【００６６】
この方法では、まず前記廃棄工程を行う。これにより、排出槽１３内のスラグ２５がロックホッパ３３に廃棄され、後述する液面下降工程時に液面下降手段３５の流出路３７をスラグ２５が流通することが抑えられる。
【００６７】
次いで、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込む引込工程を行う。
この引込工程では、まず、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面下降手段３５の液面レベル調節弁３８を開状態にすることで、排出槽１３内の冷却水２６を流出路３７を通して貯留槽３２に流出させ、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させる液面下降工程を行う。このように排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させることで、排出槽１３内を負圧にすることが可能になり、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３内に石炭ガス化ガスを引き込むことができる。なお、このように引き込まれた石炭ガス化ガスは、反応炉本体１１の部分酸化部１４内の部分酸化により生成された高温の可燃ガス（例えば、炭化水素ガスなど）が主成分となっている。
【００６８】
ここで、排出槽１３の上端部は、上方から下方に向かうに従って内径が漸次拡径しているとともに、排出槽１３において上端部よりも下側に位置する部分は、上下方向に延在する直胴部となっており、この液面下降工程では、反応炉本体１１内で生成された石炭ガス化ガスが、排出槽１３の上端部内に引き込まれる程度、冷却水２６の液面を下降させることで排出槽１３内を負圧にする。なおこのとき、前記石炭ガス化ガスを、例えば２Ｎｍ３以上１０Ｎｍ３以下、３０秒から６０秒程度で一度に引き込むことが好ましい。
これにより、排出槽１３内上部の温度は、例えば８００℃程度であったものが１１００℃程度まで上昇する。
【００６９】
以上のような排出槽１３内の冷却水２６の液面の下降が終了したとき、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面レベル調節弁３８を調節して、流出路３７からの冷却水２６の流出を規制することで、液面下降工程が終了する。
【００７０】
その後、制御機構３０の検知・制御部４５が、液面上昇手段３６の流量調節弁４１を調節することで、貯留槽３２内の冷却水２６を流入路３９を通して排出槽１３に流入させ、排出槽１３内の冷却水２６の液面を上昇させる液面上昇工程を行う。これにより、液面下降工程で下降した排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を、例えば液面下降工程前の位置に復元することが可能になり、液面位置を所定の高さ範囲で確保することができる。
【００７１】
そして引込工程は、これらの液面下降工程および液面上昇工程を交互に繰り返す。これにより、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を所定の高さ範囲で確保しつつ、反応炉本体１１内の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むことが可能になる。
その後、例えば、液面下降工程および液面上昇工程を交互に繰り返すことで、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況が改善されたり、あるいは、液面下降工程および液面上昇工程が予め設定された所定の回数だけ繰り返されたりしたとき等に、引込工程が終了する。
【００７２】
また本実施形態では、前記引込工程とあわせて、排出槽１３内に流入された石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を行う。このとき本実施形態では、孔加熱バーナー４３からの酸素ガスの噴射量を増加させ、石炭ガス化ガスに酸素ガスを吹き付けることで石炭ガス化ガス中の可燃ガスを燃焼させる。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態に係る石炭ガス化反応炉におけるスラグ除去方法、並びに石炭ガス化反応炉４によれば、引込工程時に、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むので、反応炉本体１１内で生成された高温の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に多量に流入させることが可能になり、この石炭ガス化ガスによってスラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ付着物を効果的に除去することが可能になり、スラグ付着物によりスラグ排出孔１２が閉塞されるのを抑え、反応炉本体１１から排出槽１３にスラグ２５を円滑に排出することができる。
【００７４】
また、引込工程が、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて行われるので、例えばスラグ排出孔１２が完全に閉塞される前に、確実に引込工程を行うことができる。したがって、スラグ付着物によりスラグ排出孔１２が閉塞されるのを確実に抑えることができる。
【００７５】
また、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、反応炉本体１１内からスラグ排出孔１２を通して排出槽１３内に石炭ガス化ガスを繰り返し引き込むことが可能になり、スラグ付着物をより効果的に除去することができる。
また、液面下降工程を継続して行うのではなく、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すので、排出槽１３内の冷却水２６の液面位置を所定の高さ範囲で確保することが可能になり、反応炉本体１１から排出槽１３に排出されたスラグ２５を冷却水２６によって効果的に冷却することができる。
【００７６】
また、ガス燃焼工程時に、排出槽１３内に引き込まれた石炭ガス化ガスを燃焼させることで、スラグ付着物を加熱することができる。したがって、スラグ排出孔１２を通して石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むことでスラグ付着物を加熱することと相俟って、スラグ付着物をより一層効果的に除去することができる。
また、石炭ガス化ガスを燃焼させることでスラグ付着物を加熱することができるので、ガス燃焼機構２９から、スラグ付着物を加熱するために排出槽１３内に燃料ガスを別途供給しなくても良く、供給する場合であってもその使用量を抑えることができる。
【００７７】
また、ガス燃焼工程時に燃焼させる石炭ガス化ガスが、排出槽１３内に引き込まれることで多量に流入しているので、排出槽１３におけるスラグ排出孔１２の開口周縁部１２ｂで、孔加熱バーナー４３から噴射される酸素ガスを石炭ガス化ガスに向けて確実に吹き付け、石炭ガス化ガスを確実に燃焼させることができる。
【００７８】
なお、本発明の技術的範囲は前記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。
例えば、前記実施形態では、排出槽１３に孔加熱バーナー４３が設けられるものとしたが、孔加熱バーナー４３は無くても良い。この場合、ガス燃焼機構として、排出槽１３内に引き込まれる石炭ガス化ガスに酸素ガスを吹き付ける吹付ノズルを採用しても良い。
さらに、ガス燃焼機構２９は無くても良い。
【００７９】
また前記実施形態では、制御機構３０の監視カメラ４４からの監視データに基づいて、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況を検知・制御部４５が検知するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、スラグ排出孔１２の上端部と下端部との差圧を測定することで、スラグ排出孔１２の閉塞状況を検知しても良い。
さらに前記実施形態では、スラグ付着物によるスラグ排出孔１２の閉塞状況に基づいて引込工程を行うものとしたが、これに限られるものではない。例えば、予め決められた所定時間毎に引込工程を定期的に行うものとしても良い。
【００８０】
また前記実施形態では、引込工程は、液面下降工程と液面上昇工程とを交互に繰り返すものとしたが、これに限られるものではない。
さらに前記実施形態では、排出槽１３内の冷却水２６を貯留槽３２に流出させることで排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させたが、これに限られるものではない。
さらにまた、前記実施形態では、排出槽１３内の冷却水２６の液面を下降させることで、反応炉本体１１内の石炭ガス化ガスを排出槽１３内に引き込むものとしたが、これに限られるものではない。
【００８１】
また前記実施形態では、反応炉本体１１は、部分酸化部１４および熱分解部１５を有する上下二室二段式となっているものとしたが、これに限られるものではなく、内部で石炭の燃焼反応が生じ、石炭ガス化ガスおよびスラグが生成される反応炉本体を備える石炭ガス化装置であれば、本発明を適用することができる。
【００８２】
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】
【００８３】
次に、以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。
本検証試験では、実施例１、２および比較例の計３例の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法を実施した。
ここで、実施例１、２および比較例ではいずれも、前記実施形態の石炭ガス化反応炉４を用いた。また、ガス化バーナー２３から部分酸化部１４内に、ガス化石炭１６を５００ｋｇ／ｈ、酸素ガスを２８０Ｎｍ３／ｈ、および水蒸気を５０ｋｇ／ｈでそれぞれ投入した。さらに、孔加熱バーナー４３は、燃料ガスとしてのメタンガスを１０Ｎｍ３／ｈ、および酸素ガスを２５Ｎｍ３／ｈでそれぞれ噴射した。
このとき、スラグ２５が２０ｋｇ／ｈでスラグ排出孔１２から排出され、徐々にスラグ排出孔１２周辺に付着して成長し始めたことが監視カメラ４４により確認された。
【００８４】
（実施例１、２について）
そこで実施例１では、排出槽１３の冷却水２６の液面を３０秒間で３０ｍｍ下降（すなわち、１ｍｍ／ｓｅｃで下降）させた後、液面を上昇させ、液面の下降および上昇を３回、繰り返し行った。また実施例２では、排出槽１３の冷却水２６の液面を３０秒間で３０ｍｍ下降（すなわち、１ｍｍ／ｓｅｃで下降）させつつ、孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を３０Ｎｍ３／ｈに増加させた。
そして、実施例１、２および比較例とも、その後のスラグ付着物の様子を監視カメラ４４で観察した。
【００８５】
その結果、実施例１、２では、スラグ付着物が溶融されて除去されたことが確認された。
なお実施例１では、排出槽１３の前記直胴部の上端に設置した熱電対により測定した温度が、液面の下降および上昇を繰り返した前後で、８００℃から１２００℃に上昇したのが確認された。また実施例２では、前記熱電対により測定した温度が、液面を下降させつつ孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を増加させた前後で、８００℃から１２５０℃に上昇したのが確認された。
【００８６】
（比較例について）
一方、比較例では、前述した条件で操業してスラグ排出孔１２周辺にスラグの付着が確認されてから、排出槽１３の冷却水２６の液面を変化させずに孔加熱バーナー４３の酸素ガスの噴射量を３０Ｎｍ３／ｈに増加させたところ、排出槽１３上部の温度はほとんど変化せず、スラグ排出孔１２に付着したスラグ付着物に変化が見られないことが確認された。これは、液面変化をさせなかったことにより、石炭ガス化ガスの引き込みがなく、燃焼反応が促進されなかったためと考えられる。
【符号の説明】
【００８７】
４ 石炭ガス化反応炉（石炭ガス化装置）
１１ 反応炉本体
１２ スラグ排出孔
１２ｂ 開口周縁部
１３ 排出槽
１６、１９ 石炭
２５ スラグ
２６ 冷却水（冷却液体）
２８ 引込機構
２９ ガス燃焼機構
３０ 制御機構
３５ 液面下降手段
３６ 液面上昇手段
４３ 孔加熱バーナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、
前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法であって、
前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込工程を有し、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を除去することを特徴とする石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項２】
前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、
前記引込工程は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項３】
前記引込工程は、前記液面下降工程の後、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇工程を有するとともに、前記液面下降工程と前記液面上昇工程とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項４】
前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項５】
前記石炭ガス化装置は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを更に備え、
前記ガス燃焼工程は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させることを特徴とする請求項４に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項６】
前記引込工程は、前記スラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項７】
内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、
前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置であって、
前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込機構を備えていることを特徴とする石炭ガス化装置。
【請求項８】
前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、
前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の石炭ガス化装置。
【請求項９】
前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇手段を備えていることを特徴とする請求項８に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１０】
前記排出槽には、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構が設けられていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１１】
前記ガス燃焼機構は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを備え、
前記ガス燃焼機構は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させることを特徴とする請求項１０に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１２】
前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、前記引込機構に前記石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構を備えていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１】
内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、
前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法であって、
前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込工程を有し、前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物を除去することを特徴とする石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項２】
前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、
前記引込工程は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項３】
前記引込工程は、前記液面下降工程の後、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇工程を有するとともに、前記液面下降工程と前記液面上昇工程とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項４】
前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼工程を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項５】
前記石炭ガス化装置は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを更に備え、
前記ガス燃焼工程は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させることを特徴とする請求項４に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項６】
前記引込工程は、前記スラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置におけるスラグ除去方法。
【請求項７】
内部で石炭の燃焼反応が生じ、少なくとも水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する石炭ガス化ガスと、スラグと、が生成される反応炉本体と、
前記反応炉本体内とスラグ排出孔を通して連通されるとともに前記スラグ排出孔を通して前記反応炉本体内から前記スラグが排出される排出槽と、を備える石炭ガス化装置であって、
前記反応炉本体内から前記スラグ排出孔を通して前記石炭ガス化ガスを前記排出槽内に引き込む引込機構を備えていることを特徴とする石炭ガス化装置。
【請求項８】
前記排出槽には、前記反応炉本体から排出された前記スラグを冷却する冷却液体が貯留され、
前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を下降させる液面下降手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の石炭ガス化装置。
【請求項９】
前記引込機構は、前記排出槽内の前記冷却液体の液面を上昇させる液面上昇手段を備えていることを特徴とする請求項８に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１０】
前記排出槽には、前記排出槽内に引き込まれた前記石炭ガス化ガスを燃焼させるガス燃焼機構が設けられていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１１】
前記ガス燃焼機構は、前記排出槽における前記スラグ排出孔の開口周縁部を加熱する孔加熱バーナーを備え、
前記ガス燃焼機構は、前記孔加熱バーナーからの酸素ガスの噴射量を通常運転時よりも増加させ、前記石炭ガス化ガスに前記酸素ガスを吹き付けることで前記石炭ガス化ガスを燃焼させることを特徴とする請求項１０に記載の石炭ガス化装置。
【請求項１２】
前記スラグ排出孔周辺に付着したスラグ付着物による前記スラグ排出孔の閉塞状況に基づいて、前記引込機構に前記石炭ガス化ガスを引き込ませる制御機構を備えていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の石炭ガス化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１０７０８５（Ｐ２０１２−１０７０８５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５０７３（Ｐ２０１０−２５５０７３）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
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