HT-L粉炭ガス化プロセスと現在世界の先進的なガス化技術の性能比較

Thread Content

一、HT-L粉炭ガス化装置の技術的特性
粉炭ガス化装置の技術的特性
乾燥炭粉の供給：20～90マイクロメートルの炭粉粒子
不活性ガスによる輸送：窒素または二酸化炭素
高圧ガス化炉：2.0～4.0MPa
利点：
⒈乾燥炭粉の供給によりガス化効率が高い
供給される炭粉の水分含有量を厳格に制御できる。湿式法と比較して、1kgのウォーターコールスラリーにより0.35kgの水分が蒸発を抑えられ、約2600KJのエネルギーが節約される。これは標準石炭換算で0.113kg（5500kcal/kg）に相当し、投入する石炭量の17％にあたる。粉炭ガス化は水コークススラリーガス化に比べて、冷却ガスの効率が10％向上し、酸素消費量が15～25％減少する。有効ガス産出量が6％向上しました。⒉先進的で成熟した乾燥石炭粉の密相輸送技術では、懸濁速度は7～10m/s、固気比は480Kg/m3で、キャリアガスの使用量が少ない。⒊燃焼を強化し、単位体積あたりのガス生成率を向上させました。気化強度が高く、同じ生産能力のもとで常圧炉と比較して装置のサイズが最小限に抑えられ、構造がコンパクトで占有面積も小さく、燃焼効率も向上します。 ガス化炉の運転可能温度：1400～1900℃
利点：⒈石炭種の適用範囲が広い　石炭の灰融点の選択範囲が広く（1250～1650℃）、ガス化原料の選択範囲も広い；⒉炭素転換率が高く、粗合成ガスの品質も良い。CH4含有量は、炭素転換率の設計値が99.5％以上であり、出口の合成ガスに含まれる有効ガス（CO+H2）の体積比率は90％以上、CH4の体積比率は130PPm以下である。⒊反応速度を上げることで、反応の滞留時間を短縮できる。高温・高圧は反応速度を上げる。水コークススラリーガス化プロセスと比べて、平衡状態に到達しやすい。平均炉内滞留時間10S。⒋乾燥煤粉の純酸素燃焼により炎の中心温度が上昇し、バーナー内の炎の中心温度は1800～2150℃となる。 単一バーナー式の頂部燃焼方式の利点：⒈燃焼炎、炉内の物質の流れ、および炉の構造が適切に調和しており、炉内の石炭粉の熱分解領域、炎の燃焼領域、煙ガスの噴流領域、煙ガスの逆流領域、そして二次反応領域の配置が合理的である。反応滞留時間は気化要件を満たす⒉燃焼負荷の調整範囲が広く、負荷調整範囲：60%～120 %⒊バーナーの構造設計が合理的で、優れた燃焼性能を有し、中心酸素と旋回流状の石炭粉が十分に混合され、石炭粉の反応が完全に行われる；炎の形が良く、安定性に優れている；⒋設置・調整・メンテナンスが容易で、高出力電気点火装置、液化ガス（ディーゼル）点火バーナー、火炎検出機能を一体に搭載。独立した冷却水用外部コイルを備え、分解・組み立てやメンテナンスが簡単です。⒌高度な加工技術と優れた材料を用い、重要な部品には輸入材または同等の特殊な国産材が使用されます。溶接や組立工程も規格に厳密に従って行われ、全体の熱処理によって熱応力が除去されます。⒍バーナーの設計寿命は**、水冷ジャケット式の冷却方式によって延長され、バーナーが長期間にわたって安定かつ信頼性高く動作し続けることを保証します。設計寿命は20年で、バーナーの先端部分の点検・メンテナンスは6ヶ月に1回行います。 密閉型コイル式水冷壁放射室構造で、設計寿命は20年です。利点：⒈水の流量が均一に分布する「4つの入口と4つの出口」の構造により、管内の流れの抵抗が均一になります。⒉制御コイル内の水の気化率を調整し、炉内の熱平衡における水の気化率を6.5％に設定。蒸気発生量は～22000Kg/H（フル負荷時）。⒊コイル状の溶接部が少なく、単一の直管は12mに達する。⒋コイルの軸方向の熱膨張量は小さく、コイルの熱応力解析によると、半径方向の熱膨張量は6mmである。⒌複数の冷却水コイルにより、バーナーコイルやスラグ排出用コイルのメンテナンスや交換が容易になり、それぞれ別々に水を供給できるため、調整や交換も簡単です。また、専用のコイルを製造するための熱曲げ、溶接、組立、検査のための生産ラインも確立されています。 “「自己修復型」耐火材料構造で、メンテナンスが少なくて済むという利点があります。
1. 「自己修復型」耐火材料構造により、材料の使用寿命が延びます。水冷壁の外側には3～5mmの安定した固形スラグ層が形成され、「スラグ同士で互いを保護する」ことで、ガスや溶融スラグによる侵食や摩耗に抵抗できます。
2. 水冷壁によって耐火材料の腐食率が低下し、SiC材料の使用温度を1400℃未満に保つことができ、高温下でも強度が低下しないようになります。
3. 耐火材料の組み合わせ構造により、炉内からの熱損失が減少します。炉内には、液体スラグ、固形スラグ、SiC耐火材料、水冷壁、不活性ガス保護層、高アルミナ系不定形耐火材料、外部断熱層が順に存在し、熱損失が少なくなります。
4. 耐火材料の選定にあたっては、気孔率が低く、高温強度が高く、熱安定性に優れているものが使用されます。不定形耐火材料の最大粒径は4mm未満で、高温耐圧強度は85N/mm2以上、永久的な熱変形率は0.73％未満です。効果的な不定形構造が採用されています。
5. 耐火材料の施工、保守、メンテナンス、交換が容易で、コストも低いです。

急冷や水浴式の合成ガス冷却・洗浄方式は、信頼性が高いという利点があります。
1. 技術的に成熟しており、信頼性が高いです。Texacoプロセスは既に確立されており、理論分析やシミュレーションの結果も実際の状況とよく一致しています。⒉急冷環においては、確立された工事実績と分析データがあり、その構造に関する長期にわたる研究を通じて、独自の急冷環技術が生み出されている。⒊合成ガスの急冷効果は明らかに低下し、合成ガスの流速を抑え、液膜の厚さを維持することが急冷に寄与する。⒋スラグ除去や灰除去の効果が顕著であり、水浴式やスプレー式、ガス冷却方式よりも合成ガス中の固体分を除去するのに適している。また、合成ガス中に含まれる飽和水分は直接変換工程で利用できる。燃焼効率が高く、環境性能も優れている。利点としては、①冷ガス効率および熱効率が湿式プロセスよりも高く、石炭粉の投入時の水分量を減らすことでエネルギー消費を削減できる。冷ガス効率は湿式プロセスよりも10％向上し、熱効率は6％向上する。②高温でのガス化により、Cの転換率が湿式プロセスよりも高く、Cの転換率は99.5％以上であり、湿式プロセスよりも1％高く、固体残渣の排出量も減少する。③純酸素燃焼により、常圧炉と比べて空気による排熱損失が少なく、定格運転時の熱効率は95％以上である。④コイル冷却水から中圧蒸気が生成され、炉内での燃焼熱の3～5％が回収される。⑤N2の炉内への供給量を制御することで、NOxの排出量を減らすことができる。固気比は12:1であり、キャリアガスの量も少ない。⑥廃水中の有害成分はごくわずかであり、生物処理後はそのまま排出できる；固形残渣の捕捉が完全で、建築材料として使用したり地中に埋めたりでき、環境への他の汚染はない。 連続運転時間が長く、生産調整能力に優れている。利点：①既存の石炭化学プロセスや粉炭ボイラーの確立された技術を十分に活用した洗練された工程を採用しており、生産プロセスの構築が容易で、投資リスクや開発期間を短縮できる；⒉重要な機器には多数の実績があり、専門メーカーであるテキサコ製の炉やバーナー、水冷壁などはすでに国産化され、他の同様の工業製品でも使用されており、その品質は保証されている。⒊石炭粉燃焼バーナーは使用寿命が長く、バーナー先端部の冷却条件はテキサコ炉よりも良好であり、冷却コイルによってバーナー先端部の局所的な温度が下がるため、材料の使用寿命が延びる。⒋石炭粉燃焼バーナーは交換やメンテナンスが容易である。⒍水冷壁により耐火材の使用寿命が延び、交換やメンテナンスも簡単である。HT-L石炭ガス化プロセスの技術的優位性としては、高温でのガス化により高効率かつ省エネルギーである。炭素転換率が高く（≥99％）、冷間ガス化効率も高い（≥82％）。有効なガス成分の割合も高く（≥90％）。また、使用可能な石炭の種類が多く、燃料も多様化でき、石炭は地元で調達することも可能；􀁺制御システムの自動化レベルが高く、充実したセキュリティ連動システムを備えている。環境性能に優れ、排出される汚染物質が少ない。独自の知的財産権を有し、プロセスは成熟して信頼性が高く、主要な機器はすべて国産化されている； HT-L粉炭ガス化プロセスと、現在世界で最も先進的なガス化技術との性能比較

項目 | HT–L | Shell Texaco GSP |
---|---|---|
酸素消費量(Nm3/KNm3) | 330～360 | 330～360 | 410～430 | 330～360 |
有効ガス成分CO+H2(%) | 89～91 | 89～93 | 78～81 | 89～91 |
炭素転換率(%) | >99 | >99 | >98 | >99 |
冷ガス効率(%) | 80～83 | 80～83 | 71～76 | 80～83 |
ガス化熱効率(%) | ～95 | 96～86 | ～90 |

原料石炭の輸送方法 | ドライパウダー、ガスによる輸送 | ドライパウダー、ガスによる輸送 | 水コールスラリー、ポンプによる輸送 | ドライパウダー、ガスによる輸送 |
バーナーの寿命 | 10年、6ヶ月ごとに部品の交換が必要 | 10年、1.5年ごとに部品の交換が必要 | 1.5ヶ月ごとに部品の交換が必要 | 10年、6ヶ月ごとに部品の交換が必要 |

水冷壁または耐火レンガの寿命 | 水冷壁は構造がシンプルで、円筒形のコイル状になっており、水路もシンプルで製造が容易。寿命は10年以上で、副産物として中圧の飽和蒸気が得られる。| 水冷壁は複数の垂直な管で構成されており、水路が複雑で、合金鋼を使用するため製造が困難。寿命は10年以上で、副産物として中圧の飽和蒸気や過熱蒸気が得られる。| 耐火レンガは高価で、1年しか使用できず、蒸気は得られない。| 水冷壁は構造がシンプルで、円筒形のコイル状になっており、水路もシンプルで製造が容易。寿命は10年以上だが、副産物として得られるのは低圧の蒸気のみである。

原料石炭の適応性 | 褐炭から無煙炭まで、ほぼすべての種類の石炭を利用でき、地元での原料石炭の利用が可能。| 褐炭から無煙炭まで、ほぼすべての種類の石炭を利用でき、地元での原料石炭の利用が可能。| 石炭の種類に厳しい条件があり（灰の融点が1250度未満で、スラリー化しやすいこと）、地元での原料石炭の利用は不可能。| 褐炭から無煙炭まで、ほぼすべての種類の石炭を利用でき、地元での原料石炭の利用が可能。

電力消費量 | 低い。| 冷却用の圧縮機や逆圧縮機があるため、電力消費量が高くなる。