気化問題集共有

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一．問答問題1.摩耗指数（ハーシェル摩耗指数）の概念を説明しなさい摩耗指数、すなわちハーシェル指数と石炭の破砕・粉砕との関係はどうなっているのか？ハーシュ指数が大きいほど、電力消費は少なくなるのでしょうか？答：摩耗指数とは、原炭が粉砕される過程における石炭の耐摩耗強度を示す指標です。実験室で石炭の摩耗指数（すなわちハドロフ指数）を測定する際には、1グラムの煙炭サンプルと5グラムの無煙炭サンプルを十分に混合した後、厳格に規定された条件のもとで炭化させる。得られたコークスを特定の回転ドラム内で回転摩耗試験を行い、コークスの耐摩耗強度を測定する。この値は指数で表され、指数が大きいほど摩耗しやすく、つまり石炭の硬さが低く、適格な石炭ペーストに加工しやすいことを意味する。これにより、ハーシュ指数が大きいほど、ミルの排出量、すなわち生産量も多くなり、単位時間あたりの生産量においても、より省エネになると言える。2.テキサコが推奨する石炭スラリーの固体含有率の目安はどれくらいですか？過度に高い、または低い場合、石炭スラリーの輸送・貯蔵、およびガス化にどのような影響があるか？答：テキサコが推奨する石炭スラリーの固形分含有率の基準は60.5～63％です。スラリーの固体含有量が高くなると、つまりスラリーの濃度が上昇すると、ガス化効率を高めるのに有利となる。しかし、この場合スラリーの粘度が高く流動性が悪くなるため、ポンプでの輸送が困難になり、保管時には沈殿や層分離が起こりやすい。一方、石炭スラリーの濃度が低すぎると、スラリーポンプによる輸送や貯蔵には有利だが、ガス化炉に入る有効成分（すなわち乾燥ベースの石炭）が減少し、発熱量も低下する。また、水分の蒸発によって大量の熱が消費されるため、ガス化効率が下がる。3. 添加剤の作用とは何か？その物理的性質について述べよ答：添加剤の役割は、ウォーターコールスラリーの流動性と安定性を向上させることであり、界面活性剤としては3つの機能があります：a) 石炭粒子を湿らせて水との結合を容易にする；b) より大きなゲル状の石炭粒子を分散させる；c) 陽イオンを水和膜の平衡イオンとして供給し、電解作用を果たす。その物理的性質は以下の通りです。この添加剤には分散作用があり、石炭粒子表面の親水性や帯電量を調整し、石炭粒子表面の水和膜やイオン間の結合力を低下させることで、石炭粒子表面に固定されている水を溢出させます。4．粘度の単位にはどのようなものがありますか？彼らはどのように換算しているのでしょうか？答：粘度の単位はニュートンの法則から導き出され、物理的な単位はポアズで、記号はPです。ニュートンの粘性の法則とは、流体層間のせん断応力が流体の粘度と速度勾配の積に等しいというものである。この法則に基づいて導き出される粘度の単位であるポアズはかなり大きく、それで表される物質の粘度値は非常に小さい。（例えば：20℃の時、水の粘度は0.0102ポアズです）。そのため、通常はポアズの1/100であるセンチポアズ（cP）が粘度の単位として用いられます。他の主な粘度の単位としては、国際単位系のPa・s、工学的単位のkgf・s/m²、そして粘度の単位としてcm²/sもあります。これらの単位間の換算関係は、1Pa・s＝10ポアズ＝10³センチポアズ、1kgf・s/m²＝98.1ポアズ＝9810センチポアズとなります。5．粘度とは何ですか？20℃の時、水の粘度はどのくらいですか？流体の粘性の大きさを表す物理量が粘度です。これは流体の物理的性質を表しており、ニュートンの粘性法則からも粘度の定義を導き出すことができます。粘度の物理的意味は、流体の流動を促進し単位速度勾配を生じさせるためのせん断応力であり、流体が運動している場合にのみ現れる。静止した流体の法則を解析する際には、粘度という要素を考慮する必要はない。粘度は流体の物理的性質の一つで、その値は実験によって測定される。20℃における水の粘度（物理単位）は1.02CPです。6. なぜミルの入口に鉄片、木片、*管、針金などが混入してはいけないのですか？答：ミルは、研磨物同士の摩擦や、筒体によって投げ上げられる研磨物によって物質を粉砕するのです。鉄部品や鉄線が混入すると、研削して粉砕することはできず、さらに研削対象物の摩耗を加速し、シールプレートも損傷します。木片などの柔らかい物質は柔軟性が高く、衝撃や摩擦では粉砕されない。石は硬い物質なので粉砕するのも難しく、*管は比較的簡単で**、混入すると鋼棒との摩擦や衝撃により爆発を引き起こしやすい。また、上記の耐摩耗性物質は粉砕機のローラースクリーンに入るとスクリーンを詰まらせるため、これらの物質が粉砕機に混入しないようにしなければならない。7. デクスコが推奨する石炭スラリーの粘度の最大値はいくつですか？答：テキサコが推奨する石炭スラリーの粘度の最大値は1400cPです。8. デトロイト・ケミカルが推奨する石炭スラリー配管の石炭スラリーの流速はどれくらいですか？なぜですか？答：テキサコが推奨する石炭スラリーパイプラインの石炭スラリーの流速は0.6～0.9メートル/秒です。なぜなら、スラリーの流速が0.6メートル/秒未満になると石炭粒子が析出しやすくなり、一方で流速が高い場合はスラリーパイプラインの摩耗が非常に激しくなるからです。9. 操作員はなぜスラリーの濃度を厳格に制御し、大きな粒子の固体がシステムに混入するのを防がなければならないのか？答：テキサコのガス化プロセスでは、石炭スラリーの濃度を63％に保つことが求められており、これはガス化プロセスにおいて厳格に定められた指標の一つです。この濃度は、ガス化の品質や効率、運転条件、そして石炭スラリーの輸送などに影響を与えます。この濃度に変動が生じると、必然的に生産状況が不安定になるため、指標を必ず所定の範囲内に厳格に管理する必要があります。もし大きな粒子の固体がシステムに混入すると、石炭スラリーポンプの入口・出口やバルブ、石炭スラリー配管、ガス化炉のバーナーが詰まりやすくなります。また、石炭スラリーシステムの摩耗が進みやすく、燃焼も不完全になってガス化効率が低下します。10. デクスコが推奨するO2配管の流速はどれくらいですか？答：テキサコは、O2を低速で流すよう要求しており、O2の圧力が40kg/cm2を超える場合、その最大流速は12m/sを超えてはならない。O2逆止弁の弁板が衝撃を受けて損傷するのを防ぎ、ガス化炉のストローブ現象による酸素供給を避けるため、最小流速も逆止弁メーカーが推奨する最小流速以上でなければならない。11. O2システムの試運転および起動・停止時に注意すべき点は何か？答：組み立てが完了した酸素供給管は、必ず乾燥窒素で吹き抜きを行い、気密試験および圧力試験を実施しなければならない。試験時には、各管継手および接続部に無脂肪石鹸水を塗り、1分間泡が発生してはならない。酸素供給システムの配管の試運転や稼働時には、バルブをゆっくりと開き、流量を徐々に調整しなければならず、急激な開閉操作は絶対に禁じられている。これは、断熱圧縮や瞬間的な流速の上昇を防ぐためである。長期にわたって使用される配管の場合、運転開始前にはバルブ、エルボー、テーパーなどの継手を取り外し、摩耗や薄肉化、鉄粉の付着がないかを確認する必要があります。異常が見つかった場合は、すぐに取り替えて清掃しなければなりません。12. 燃焼器にはなぜ冷却用水のコイルが必要なのか、その役割は何ですか？答：バーナーは炉内に突き出ており、作業環境の温度は約1450℃です。他の冷却方法がなければバーナーはすぐに焼き切れてしまうため、冷却水として軟水を使用します。冷却水コイルの役割は、バーナーの先端を保護し、高温の熱放射によってバーナーが損傷するのを防ぐことです。13.起動用抽出器および分離タンクの動作原理を説明してください答：（1）起動用抽出器　起動用抽出器は、蒸気ノズル、縮径管、混合室、および拡大管で構成されている。作業用蒸気は高圧下で蒸気ノズルを通り、1000～1400m/sという高速で噴出する。その際、静圧エネルギーが運動エネルギーに変換されるため、拡大室内に負圧が生じ、燃料ガスが吸い込まれる。吸い込まれたガスは蒸気と混合室内で混ざり合った後、拡大室に入る。ここで速度が徐々に低下し、圧力が上昇するため、運動エネルギーが再び静圧エネルギーに変換され、最終的に圧出口から排出される。（1）分離槽の蒸気と燃焼ガス（煙ガス）が混合された後のガスは、分離槽内の接線方向に沿って分離槽に入る。内部に入ると、気流は容器の内壁に沿って渦を巻きながら下に流れ、螺旋状の流れを形成する。遠心力の作用により、ガスが容器の内壁に衝突することで、一部の蒸気が水に冷却される（これは内壁の冷却によるものである）。その水は壁に沿って容器の底部へ流れ込み、一方で燃料ガスは分離されて容器の中央管から排出されることで、気液分離が達成される。14. 燃焼器の点火に成功した後、炉内への酸素および石炭スラリーの流量はどのように調整すべきか？答：炭素の部分酸化によってCOが生成する反応（2C+O2=2CO+Q）から、酸素の理論的な使用量は酸素原子と炭素原子の比率が1:1であるべきです。そのため酸素炭比が高すぎると、炭素の一部が完全に燃焼してCO2を生成し、温度が上昇することでガス中のCO2含有量が増加し、冷却ガスの効率が低下する。低すぎると反応が不十分になり、炭素の転換率も低下する。しかし実際の反応では、他の反応との相互影響や制約、熱損失などの要因があり、一般的に酸素・石炭比は理論値よりやや高くなる。上記の理論によれば、気化負荷を増加させる際には、より安定した運転温度を維持するために、酸素・石炭比をできるだけ理論値に近づけることが望ましい。増量が必要な場合、まず石炭スラリー流量を増やし、次に酸素流量を増やす（負荷を下げる際はその逆）。これにより、酸素・石炭比が高くなりすぎてガス化炉の過熱を引き起こすのを防ぐことができる。15. なぜガス化炉には表面熱電対を取り付ける必要があるのか？合計でいくつの点を測定しますか？局所的な温度上昇は、どのような問題を示しているのでしょうか？答：ガス化炉に表面熱電対を設置する目的は、ガス化炉の殻体の表面温度を監視することです。表面温度が過度に高くなると、気化炉の材質の内部構造が変化し、応力が低下して強度が落ち、深刻な場合は気化炉が爆発することもあります。単体のガス化炉の表面熱電対は1200フィートの長さです。Φ3mmの金属線で約30の温度測定領域。局部的な温度上昇は、耐火レンガの剥がれや不適切な取り付けによって引き起こされる。耐火レンガが剥がれると、その部分の総熱抵抗が低下し、伝熱量が増加するため、温度が上昇する。取り付けが不適切な場合、炉壁へのガス漏れも温度上昇を引き起こす可能性がある。16.気化炉のスラグ出口のサイズはどれくらいですか？どのような要因が気化炉のスラグ口の詰まりを引き起こすのか？どのような現象で判断するのか？一度見つかったら、どう処理する？答：気化炉スラグ口のサイズは625mmです；スラグ排出口が詰まる原因は、ガス化炉の運転温度が低すぎるためにスラグの粘度が上昇することです（スラグの粘度は温度と反比例します）。一方で、スラグを含んだ合成ガスがスラグノズルを通過する際にその周辺に衝突し、堆積を生じる。他方で、燃焼面の耐火レンガに衝突したスラグも下流へ流れてスラグノズルに集まり、堆積が進み、最終的にスラグノズルが塞がれる。この現象は、差圧計PDI203（またはPDI253）によって判断できます。閉塞時に圧力差が増大すると、以下の対策を講じることができる：（1）酸素と石炭の比率を上げて炉温を高め、灰の粘度を下げる；（2）気化炉の運転圧力を適切に下げ、炎を長くしてスラグ口付近の温度を上昇させ、堆積したスラグが溶融して流れ落ちるようにする（一般的には用いられない）。17.レンガを積む際、垂直度、水平度、同心度などにはどのような要求があるか？答：ガス化炉の耐火材の組み立て品質を確保するため、施工時には各層のレンガが同一の水平面にあり、かつガス化炉の中心に対して垂直であることが求められます。また、各層のレンガの内面の円形度をチェックし、その中心点がガス化炉の中心線上にあるかを確認します。具体的な要求として、垂直度は±5mm/m、水平度は±4mm/m、最大同心度は5mm/mです。18.急冷室の水浴の役割は何ですか？答：急冷室の水浴には2つの役割があります。（1）高温の合成ガスが急冷室に入ると、急冷水と直接接触し、気流中に含まれるスラグが固化して急冷室の底部に沈降すると同時に、高温の合成ガスも冷却されます。（2）CO変換システムに飽和蒸気（急冷水が加熱される際に発生する蒸気）を供給し、エネルギーを節約できる点も、急冷プロセスの大きな利点である。一．穴埋め問題 1.ロッカーバケット式制御システムにおいて、ロッカーバケットバルブの動作と密接に関連する5つのプロセスパラメーター（ロッカーバケット圧力≤0.28 MPa）（ロッカーバケット圧力差≤0.18MPa）（洗浄用水タンクの液面が低い）（洗浄用水タンクの液面が高い）（ロッカーバケットの液面が満杯）。2. ロックドラム安全弁は、（事故状態、すなわち急冷室の液面が非常に低い場合）のみ自動的に閉じます。3. バーナーの点検では、測定に重点を置くべきであり（ノズルの耐摩耗部品の摩耗状況および冷却水コイルの状態）。バーナーの正常な使用寿命は（3ヶ月）です。4.真空ポンプの分離タンクに補水を行う目的は、（補水の損失を補うこと）、（真空ポンプの補水として使用される分離液の温度を下げること）です。5.トーチのウォーターシールタンクの役割は：（ウォーターシール機能）、（気液分離機能）、（緩衝・減圧機能）です。6.石炭スラリーの粘度に影響を与える要因：（添加剤の使用量）（石炭スラリーの粒度分布）（石炭スラリーの濃度）。7.ガス化炉の運転温度は、（ガス化炉の灰渣の最適なスラグ粘度に対応する温度）によって決定される。8. 最終段の蒸発操作圧力は、（沈殿槽の温度に対応する圧力）によって決定される。9. 安全システムのバイパススイッチを設置する目的は、（気化運転に影響を与えることなく、故障した検出素子を修理するためである）。10. 原料石炭の予備破砕粒度の要件（≤10mm）、石灰石の予備破砕粒度の要件（≤30mm）。 13.トーチセーラーの機能（空気がトーチに流入するのを防ぐ）（排出ガス中の凝縮液を分離する）
14.通常の生産時に高圧石炭スラリーポンプが停止する原因として考えられるものには：（停止トリガーシグナル）（手動停止）（ガス化炉の停止）（計装用空気圧が極めて低い）（停電）（潤滑油圧が極めて低い）（駆動液の故障）（ポンプ出口圧力が高い）がある。15.気化炉の予熱時の温度調整の原則：（昇温：まず抽出量を増やし、その後ガス量を増やす）；冷却：まずガス量を減らし、次に抽出量を減らす）。16.気化炉の負荷調整の原則：（負荷増加：まず石炭スラリーを投入し、次に酸素量を増加させる）；負荷軽減：まず酸素量を減らし、次に石炭スラリーを減らす。17.石炭スラリーの濃度に影響を与える主な要因：（添加剤の使用量）（石炭の内在水分含有量）（粒度分布）。二．問答題1.粉砕機に投入する石炭の表面水分の管理指標はどれですか？表面の水分が過剰になると、粉砕工程にどのような影響が出ますか？答：石炭粉砕機へ投入する石炭の表面水分管理指標