[发明专利]煤气化系统及煤气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及将煤作为原料来制造甲烷等产品的煤气化系统和煤气化方法。

本申请基于2010年4月16日在日本提出申请的日本特愿2010-095497号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

以往，为了将煤气化来有效地生产可燃性气体等，研究了具有固定床型、流化床型以及气流床(喷流床)型等各种构成的煤气化反应炉的煤气化系统。

作为其中之一，例如已知有专利文献1中公开的煤气化系统。该煤气化系统具备将煤进行热解的热解气化反应炉(上部反应容器)、从由热解气化反应炉生成的气体等中回收显热的热交换器、从该气体等中分离煤焦(char：未气化煤残渣或热解渣滓)的旋流器和从分离出煤焦后的气体中除去硫分而将气体精制的脱硫装置。

热解气化反应炉在下方侧与高温气化炉(下部反应容器)连通。向高温气化炉供给煤、氧及富氧空气等含氧气体、以及水蒸气。高温气化炉生成以氢气和一氧化碳气体作为主成分的高温气体。

在热解气化反应炉上，设有向热解气化反应炉内吹入煤的煤吹入喷嘴和向热解气化反应炉内添加水蒸气的水蒸气喷嘴。由从煤吹入喷嘴供至热解气化反应炉内的煤通过热解反应而生成煤焦和挥发性气体等。这里生成的煤焦基于以下的化学反应式被分解成各种气体。

C(煤焦)+H₂O→CO+H₂    (1)

C(煤焦)+CO₂→2CO      (2)

在专利文献1中，记载了上述化学反应式中化学反应式(1)的反应速度比化学反应式(2)的反应速度快数倍左右的内容，由此认为从水蒸气喷嘴供给水蒸气而使热解气化反应炉内为富含水蒸气的气氛对分解煤焦是极其有效的。

而另一方面，通常，通过煤的热解会生成以碳为主成分的焦油并附着在热解气化反应炉内。当焦油的附着量增加时，存在以下的可能性：最终焦油会在热解气化反应炉的一部分发生堵塞，热解气化反应炉无法正常运转。但是，该焦油也会通过上述化学反应式(1)和(2)的化学反应被气化。这里，焦油的附着包括来自焦油的碳质物质的附着。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-155289号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，当供至热解气化反应炉的水蒸气量增加时，热解气化反应炉内的温度降低，上述化学反应的反应速度会减慢。而且，将水蒸气供至热解气化反应炉时存在以下的问题：需要水蒸气喷嘴、水蒸气供给泵等一定的装置，煤气化系统大型化。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供不需要向上部反应容器供给水蒸气的装置即可调节上部反应容器的内部的水蒸气量的煤气化系统和煤气化方法。

用于解决技术问题的手段

为了达到上述目的，本发明的一个方案的煤气化系统具备：使煤干燥来制成具有规定的水分量的水分量调节煤的干燥装置；和使上述水分量调节煤燃烧来生成氢气和一氧化碳气体的煤气化反应炉。上述煤气化反应炉具有：下部反应容器；设在上述下部反应容器的上方、且与上述下部反应容器连通的上部反应容器；向上述下部反应容器供给上述水分量调节煤和含氧气体并使上述水分量调节煤燃烧的烧嘴部；以及向上述上部反应容器供给上述水分调节煤的喷嘴部。

根据上述煤气化系统，通过干燥装置使煤干燥成具有规定的水分量的程度来制成水分量调节煤。当将该水分量调节煤与含氧气体一起供至下部反应容器、并使其在烧嘴部燃烧时，在下部反应容器内部生成以一氧化碳气体为主成分的高温气体。在下部反应容器内部生成的高温气体流入上部反应容器。进而，将上述水分量调节煤中供至下部反应容器的部分以外的部分通过喷嘴部供至上部反应容器，利用流入到上部反应容器的高温气体进行加热。当水分量调节煤被高温气体加热时，通过热解来生成以碳为主成分的焦油、煤焦。该焦油和煤焦会与特意残留于水分量调节煤中的规定量的水分发生化学反应而被气化(参照式(1))。

通常，次烟煤、褐煤等煤中含有30～60％(重量％)左右的水分。为此，在使它们干燥的过程中以特意残留规定的水分量的方式预先进行调节，利用该残留水分来生成水蒸气，从而促进焦油的气化。由此，即使不如以往那样向上部、下部的各反应容器供给水蒸气，也能够防止气化反应炉内附着焦油。其结果是，能够改善伴随着供至气化反应炉的水蒸气量的增加的炉内温度降低、以及因该温度降低引起的化学反应的反应速度的缓慢。另外，由于不需要设置向气化反应炉供给水蒸气的设备，因而能够实现煤气化系统的小型化。