石炭ガス化(せきたんガスか)とは？意味や使い方

改訂新版　世界大百科事典「石炭ガス化」の意味・わかりやすい解説

石炭ガス化 (せきたんガスか)
gasification of coal

石炭を原料として燃料ガスあるいは化学工業用の合成ガス（一酸化炭素と水素を主成分とする混合ガス）あるいは水素を生産することができる。石炭をガス化するためには，（1）熱分解（乾留），（2）部分酸化，（3）水素化分解などの原理を用いるが，そのいずれを採用するかは，目的とするガスの種類による。石炭ガス化技術はすでに工業的な実績をもつものも多いが，1970年ころから，その技術開発が再開された。

石炭の高温乾留は1000～1250℃で行われるが，この方法によって得られるガスは主として水素とメタンである。またこの場合の主目的はコークスの製造であるから，ガスの生産量はコークス需要によって決まる。

石炭の部分酸化反応は酸素（または空気）および水蒸気を用いて行われる。石炭の一部が燃焼することによって生ずる高温により，石炭の構造の一部分は熱分解してガス化するが，同時に生じたチャー（固形炭素）が次のような反応によってガス化する。

　C＋O₂⇄CO₂　　……（1）

　C＋1/2O₂⇄CO　　……（2）

　C＋CO₂⇄2CO　　……（3）

　CO＋1/2O₂⇄CO₂　　……（4）

　C＋H₂O⇄CO＋H₂　　……（5）

　CO＋H₂O⇄CO₂＋H₂　　……（6）

　C＋2H₂⇄CH₄　　……（7）

　H₂＋1/2O₂⇄H₂O　　……（8）

反応（1）（2）（4）（6）（7）（8）はいずれも発熱反応であるのに対し，反応（3）（5）は吸熱反応であり，全体の熱収支はこれらの反応によって決まる。石炭の部分酸化反応を工業的に実施するためには次のような反応器形式がある。

（1）移動層型反応器　5～6cm径の塊炭を上部から供給し，炉の底部から水蒸気と酸素を供給する方式で，ルルギ炉の例がある。炉は25～35気圧の加圧下で操業され，600～800℃でガス化反応が行われる。石炭の灰分は炉底から抜き出される。灰分の溶融を避けるため比較的低い温度と高い水蒸気/酸素比が必要である。粘結炭の処理が困難であり，ガス中に残存するタールや油分の精製，分離が必要である。なお，この炉を高温で操業し，石炭の灰分を溶融状態で取り出す改良法も開発途上にある。

（2）気流層型反応器　200メッシュ程度に微粉砕した石炭を水蒸気，酸素とともに炉内に噴射してガス化を行うもので，コッパース=トチェク炉の例がある。常圧下に1400℃くらいの高温で操業される。原料として使える石炭の範囲が広い（灰分含有量，灰分融点，粘結性，熱膨張性など）利点があるが，熱効率や反応器材質上の問題がある。この方法を加圧方式に改良する試みが行われている。

（3）流動層型反応器　5mm径前後の石炭粒子を常圧下，約1000℃でガス化する方式で，ウィンクラー炉の例がある。温度制御が良好であり，生成ガス中にタールなど不純物が少ない利点があるが，歴青炭，無煙炭は原料として使いにくく，炭素効率（ガス化収率）が低い欠点がある。また大型化に技術的困難がありそうである。

石炭の水素化分解によるガス化は，ハイガス法，ハイドレーン法などがアメリカで研究されたが，まだ実用化の見通しは得られていない。

日本では通産省のサンシャイン計画の一環として，高カロリーガスの生産を目標とするハイブリッド法および低カロリーガスの生産を目的とする流動層ガス化技術がそれぞれパイロットプラント研究の段階にある。前者は石炭粉末を重質油によってスラリー化し，酸素と水蒸気でガス化する方法である。重質油の分解によって生ずる炭化水素によって生成ガスは大きな発熱量をもち，都市ガスなどパイプラインガスとしての適性が高い。後者は複合サイクル発電用のガスの生産を目ざしている（なお，1993年度よりサンシャイン計画，ムーンライト計画，地球環境に関する技術開発制度を統合したニューサンシャイン計画が発足した）。
執筆者：冨永博夫

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」改訂新版　世界大百科事典について　情報

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日本大百科全書(ニッポニカ) 「石炭ガス化」の意味・わかりやすい解説

石炭ガス化
せきたんがすか
gasification of coal

石炭に水蒸気、酸素、空気、水素などを単独に、あるいは併用して作用させ、水素、一酸化炭素、メタンなどを有効主成分とする気体燃料あるいは合成原料用ガスを得ることをいう。石炭とガス化剤との接触方法によって、移動床型、流動床型、噴流床型などに分類され、1930年ごろに開発されたルルギ法、ウィンクラー法、コッパーズ‐トチェック法はそれぞれの代表例である。その後いくつものガス化炉が開発されてきたが、基本的な形式はこれらの方式を踏襲している。これらのガス化プラントは現在も多くの国で稼動しているが、発電用や鉄鋼用の石炭利用技術に比べると小規模の利用にとどまっている。しかし、石炭の埋蔵量が石油や天然ガスに比べて大きいことから、今後のエネルギー源としての期待は大きく、現在世界各国で、大容量型の新しいガス化法が開発され、石炭ガス化複合発電技術を利用した発電所が数多く運転されている。日本においても、福島県いわき市で石炭使用量1日1万7000トン、発電量25万キロワットという実用規模プラントが運転されている。

［富田　彰］

石炭ガス化の技術

基本的には、石炭を熱分解して、熱分解ガス、タールおよび残存炭素とし、残存炭素を水蒸気を用いて一酸化炭素、水素に転化するものである。水蒸気との反応が吸熱反応であるため、反応熱をなんらかの方法で供給せねばならず、種々のくふうがされている。もっとも一般的には、水蒸気と同時に酸素を吹き込んで一部の石炭を燃焼させる方法が用いられる。ガス化温度を高くすると、水素、一酸化炭素の収率が増え、アンモニア、メタノール（メチルアルコール）を合成する原料ガスに適するようになり、逆に低温かつ高圧下でガス化すれば、メタン含量が増えるので発熱量が高くなり、燃料ガスとしての用途が生じる。前で述べたガス化複合発電は一酸化炭素、水素を主成分とする生成ガスを燃料として用いて発電するものであるが、高温高圧の条件下のガス化法が主流となっている。発熱量が低くても、操作上の利点が大きいためである。

［富田　彰］

[参照項目] | ガス化 | クリーンコールテクノロジー | 石炭 | 石炭ガス

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化学辞典第2版「石炭ガス化」の解説

石炭ガス化
セキタンガスカ
coal gasification

石炭をガス化剤(酸素，水蒸気，二酸化炭素，水素)と高温で反応させ，燃料ガスや合成ガスを製造する方法．石炭燃焼もガス化の一種であるが，燃焼熱の利用が目的であるので，ガス化とは区別する．通常，原料には粘結性を示さない石炭を用いる．酸素(または空気)により一酸化炭素を得る部分酸化，水蒸気を用いる水蒸気ガス化(あるいは水性ガス反応)，二酸化炭素によるブドアール反応，水素によりメタンを生成する水素ガス化に分類される．ガス化炉は，移動層または固定層，流動層，噴流層ガス化の3種類に大別される．前二者の原理は，それぞれ火格子燃焼や流動層燃焼に類似している．現在のガス化技術の主流は噴流層方式で，部分酸化と水蒸気ガス化とを組み合わせる方法をガス化とよぶことが多い．ガス化炉内では，熱分解(石炭熱分解)によりまず揮発分が発生し，引き続いてチャーとガス化剤との反応が進行するとともに，副生するガスによるシフト反応や水蒸気改質も起こる．水蒸気ガス化やブドアール反応により，活性炭の製造も行われている．

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」化学辞典第2版について　情報

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知恵蔵「石炭ガス化」の解説