JP2001323285A - Injector unit for coal hydrogenation gasifier and method for operating the injector unit - Google Patents

Injector unit for coal hydrogenation gasifier and method for operating the injector unit

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JP2001323285A
JP2001323285A JP2000142875A JP2000142875A JP2001323285A JP 2001323285 A JP2001323285 A JP 2001323285A JP 2000142875 A JP2000142875 A JP 2000142875A JP 2000142875 A JP2000142875 A JP 2000142875A JP 2001323285 A JP2001323285 A JP 2001323285A
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Japan
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hydrogen
oxygen
burner
jet
pulverized coal
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JP2000142875A
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Japanese (ja)
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Kazuo Nomura
和夫 野村
Yutaka Shoji
豊 荘司
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JAPAN GAS ASS
Tokyo Gas Co Ltd
Japan Gas Association
Original Assignee
JAPAN GAS ASS
Tokyo Gas Co Ltd
Japan Gas Association
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved injector unit to be used in a coal hydrogenation gasifier intended to directly produce a hydrocarbon-based gas by hydrogenating coal with high-temperature hydrogen. SOLUTION: This injector unit has such a scheme that a pulverized coal feed nozzle 4 is mounted at the center of the tip panel board 2 of a pressure vessel 3, and a plurality of hydrogen/oxygen burners 50 are detachably set up concentrically about the pulverized coal feed nozzle 4 so as to enable a high-temperature gas from the burner nozzle ports to collide with pulverized coal from the feed nozzle 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を高温加圧下
の水素でガス化してメタンなどの炭化水素系ガスを直接
製造するのに用いられる、石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置とその運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an injector device for a coal hydrogenation gasifier and its operation, which is used to directly produce hydrocarbon-based gas such as methane by gasifying coal with hydrogen under high temperature and pressure. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】埋蔵量が豊富で価格も比較的安定してい
る石炭を原料とし、そこから高効率で環境面でも優れた
代替天然ガス(炭化水素系ガス)を製造する技術とし
て、石炭を高温加圧下の水素でガス化してメタンなどの
炭化水素系ガスを直接製造する技術が、石炭水素添加ガ
ス化技術として知られている。例えば、特開昭52−1
42703号公報には、図7に示すように、上方のプレ
ート156と底部のインジェクタプレート160と、そ
れらの中心部に支えられている濃密度の微粉炭を運ぶ中
央の微粉炭ノズル154とから構成されるインジェクタ
装置152が記載されている。
2. Description of the Related Art As a technology for producing high-efficiency and environmentally-friendly alternative natural gas (hydrocarbon-based gas) from coal, which has abundant reserves and a relatively stable price, it uses coal as a technology. A technology for directly producing a hydrocarbon gas such as methane by gasification with hydrogen under high temperature and pressure is known as a coal hydrogenation gasification technology. For example, JP-A-52-1
No. 42703 discloses, as shown in FIG. 7, an upper plate 156, a bottom injector plate 160, and a central pulverized coal nozzle 154 which carries dense pulverized pulverized coal supported at the center thereof. An injector device 152 is described.

【0003】このインジェクタ装置152では、前記プ
レート156の内面157とインジェクタプレート16
0の内面158とにより環状の室162が区画され、該
環状の室162には、図8に示すように、予熱器139
内において加熱コイル143内を通過することにより1
500−1800゜Fの温度範囲に加熱された水素が導
管164から導入される。インジェクタプレート160
にはインジェクタの回りに等間隔に4個のオリフィス1
66が開けられており、その各オリフィス166は前記
微粉炭ノズル154の中心線に関して約30度の衝突角
をなす。前記各オリフィス166から噴出する高温水素
は、微粉炭ノズル154から噴出する微粉炭とインジェ
ク表面下流で衝突し、微粉炭と高温水素の混合が進行し
て、石炭のガス化が進行する。
In this injector device 152, the inner surface 157 of the plate 156 and the injector plate 16
The inner surface 158 of the annular space 162 defines an annular chamber 162, and the annular chamber 162 has a preheater 139 as shown in FIG.
Inside the heating coil 143,
Hydrogen heated to a temperature range of 500-1800 ° F. is introduced through conduit 164. Injector plate 160
Has four orifices 1 at equal intervals around the injector
66 are opened, and each orifice 166 makes an impact angle of about 30 degrees with respect to the center line of the pulverized coal nozzle 154. The high-temperature hydrogen spouted from each of the orifices 166 collides with the pulverized coal spouted from the pulverized coal nozzle 154 on the downstream side of the injector surface, and the mixing of the pulverized coal and the high-temperature hydrogen proceeds, and gasification of the coal proceeds.

【0004】そのようなインジェクタ装置152を備え
る石炭水素添加ガス化装置は、全体としては図示しない
が、全体が圧力容器として形成される。運転に際して、
目標とする最終生成物(例えばメタンなど)に応じて、
炉内の最適運転温度が異なることから、オリフィス16
6から反応室内に供給される高温水素の温度も、得よう
とする最終生成物に応じて異なってくる。
[0004] A coal hydrogenation gasifier equipped with such an injector device 152 is formed as a pressure vessel as a whole, though not shown in its entirety. When driving
Depending on the target end product (eg methane)
Since the optimum operating temperature in the furnace is different, the orifice 16
The temperature of the hot hydrogen supplied from 6 to the reaction chamber also depends on the end product to be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】石炭水素添加ガス化装
置のインジェクタ装置として、上記のロケットエンジン
の分野で採用されているいわゆるフォー−オン−ワン形
式のインジェクタ装置は原理的には有効なものであると
しても、実際の運用を考慮した場合に、構造的な面から
あるいは運転条件の面から多くの改良すべき点を持つ。
As an injector device of a coal hydrogenation gasifier, a so-called four-on-one type injector device employed in the field of the above-mentioned rocket engine is effective in principle. Even so, there are many points to be improved in terms of structure or operating conditions when considering actual operation.

【0006】例えば、インジェクタプレート160に微
粉炭ノズル154と4個の高温水素の噴出オリフィス1
66との双方が一体にアッセンブルされている構成であ
るために、水素噴出オリフィス166からの熱が微粉炭
ノズル154に伝わって微粉炭の熱による融着を引き起
こし、微粉炭ノズル154を閉塞する恐れがある。ま
た、全体としての耐熱性や耐久性も十分とはいえない。
そのために、長時間の運転を行う場合には、何らかの冷
却構造を組み付けることが必要となる。
For example, a pulverized coal nozzle 154 and four high-temperature hydrogen jetting orifices 1
66 is integrally assembled, heat from the hydrogen jetting orifice 166 is transmitted to the pulverized coal nozzle 154 to cause fusion of the pulverized coal by heat, and the pulverized coal nozzle 154 may be blocked. There is. Further, the heat resistance and durability as a whole are not sufficient.
Therefore, when operating for a long time, it is necessary to assemble some kind of cooling structure.

【0007】さらに、その構造上、前記のように微粉炭
ノズル154が閉塞した際や、装置に何らかの損傷が発
生したような場合に、インジェクタ装置全体を取り外し
て補修することが必要であり、大きな作業が必要とな
る。また、スケールアップする場合に、大きな重量増加
を伴う。また、運転に際して、目標とする最終生成物に
応じた炉内の最適運転温度が得られるように、反応室内
に供給される高温水素の温度を調整することも容易でな
い。
[0007] Further, due to its structure, when the pulverized coal nozzle 154 is closed as described above, or when any damage is caused to the device, it is necessary to remove and repair the entire injector device, which is large. Work is required. Also, when the scale is increased, a large weight increase is accompanied. Further, during operation, it is not easy to adjust the temperature of the high-temperature hydrogen supplied into the reaction chamber so that an optimum operation temperature in the furnace according to a target final product is obtained.

【0008】本発明は、上記のような状況に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、構造的に安定かつ簡素な
ものとして実機として長時間の使用を可能とし、メンテ
ナンスも容易であり、かつスケールアップの際にも過度
の重量増加を伴うことのない改良された石炭水素添加ガ
ス化装置のインジェクタ装置を提供することにある。他
の目的は、運転時に、微粉炭あるいはチャーの団粒化
(凝集)が生じ難く、また、商用の高温の水素を定常的
に安定して微粉炭に衝突させることが可能であることか
ら、石炭をガス化して高い効率でメタンなどの炭化水素
を直接製造することのできる石炭水素添加ガス化装置の
インジェクタ装置を提供することにある。さらに他の目
的は、上記のようなインジェクタ装置を備えた石炭水素
添加ガス化装置の改良された運転方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to be structurally stable and simple so that it can be used for a long time as a real machine, maintenance is easy, It is another object of the present invention to provide an improved injector for a coal hydrogenation gasifier that does not involve an excessive increase in weight during scale-up. Another object is that during the operation, pulverized coal or char is hardly aggregated (agglomerated), and it is possible to constantly and stably cause commercial high-temperature hydrogen to collide with the pulverized coal. An object of the present invention is to provide an injector device of a coal hydrogenation gasifier capable of directly producing hydrocarbons such as methane with high efficiency by gasifying coal. Yet another object is to provide an improved method of operating a coal hydrogenation gasifier comprising an injector device as described above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による石炭水素添加ガス化装置のインジェク
タ装置は、基本的に、圧力容器の一方端中央部に当該圧
力容器の軸心線方向を噴出方向とする微粉炭供給ノズル
が取り付けられ、前記端部の前記微粉炭供給ノズルを中
心とした同心円上には、複数個の水素・酸素バーナが該
バーナー噴口からの高温水素が前記微粉炭供給ノズルか
らの微粉炭に衝突し得るようにして着脱可能に取り付け
られていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an injector device of a coal hydrogenation gasifier according to the present invention basically comprises an axial center line of the pressure vessel at a center of one end of the pressure vessel. A pulverized coal supply nozzle having a spouting direction is attached, and a plurality of hydrogen / oxygen burners are provided on a concentric circle centered on the pulverized coal supply nozzle at the end of the pulverized coal supply nozzle. It is characterized in that it is detachably attached so as to be able to collide with pulverized coal from a coal supply nozzle.

【0010】上記構成のインジェクタ装置では、圧力容
器の例えば鏡板とされる一方端中央部に微粉炭供給ノズ
ルを取り付け、その周囲に複数個の水素・酸素バーナを
配置した構成であり、構造的にきわめて安定しており、
かつ、水素・酸素バーナの熱が微粉炭供給ノズルに伝熱
しがたいとこから、長時間の連続運転に十分に耐えるこ
とができる。また、高温水素は、該水素・酸素バーナを
燃焼させることによって直接得られるものであり、付加
的な加熱手段を必要としないことから全体の構成は簡素
化する。さらに、個々の水素・酸素バーナの燃焼条件を
適宜設定することにより、所定温度の高温水素を容易か
つ確実に、またコンスタントに得ることができる。
In the injector device having the above-described structure, a pulverized coal supply nozzle is mounted at the center of one end of the pressure vessel, for example, which is a head plate, and a plurality of hydrogen / oxygen burners are arranged around the nozzle. Very stable,
In addition, since it is difficult for the heat of the hydrogen / oxygen burner to transfer heat to the pulverized coal supply nozzle, it is possible to sufficiently withstand long-time continuous operation. Also, high-temperature hydrogen is obtained directly by burning the hydrogen / oxygen burner, and simplifies the entire configuration because no additional heating means is required. Furthermore, by appropriately setting the combustion conditions of the individual hydrogen / oxygen burners, high-temperature hydrogen at a predetermined temperature can be easily, reliably and constantly obtained.

【0011】さらに、水素・酸素バーナ及び必要な場合
には微粉炭供給ノズルは、圧力容器の先端に着脱自在に
取り付けられており、メンテナンスの際、個々の水素・
酸素バーナごとに、場合によっては微粉炭供給ノズルと
共に取り外しができ、機器のメンテナンス作業が容易化
する。また、異なった種類や粒径の微粉炭を用いて運転
する場合に、その条件に最適な温度及び流量の高温水素
を供給できるよう、適切な水素・酸素バーナに容易に交
換することもできる。水素・酸素バーナが不調をきたし
たような場合にも、不調をきたした水素・酸素バーナの
みを容易に交換することができる。さらに、個々に独立
した水素・酸素バーナから高温水素を供給するようにし
ているので、個々のバーナごとに正確な流量制御を行う
ことができ、流量異常なども個々のバーナごとに検知で
きるメリットがある。
Further, a hydrogen / oxygen burner and, if necessary, a pulverized coal supply nozzle are detachably attached to the tip of the pressure vessel.
Each oxygen burner can be removed together with the pulverized coal supply nozzle in some cases, facilitating maintenance work of the equipment. Further, when the operation is performed using pulverized coal having different types and particle diameters, it is possible to easily replace the burner with an appropriate hydrogen / oxygen burner so that high-temperature hydrogen having a temperature and a flow rate optimal for the condition can be supplied. Even in the case where the hydrogen / oxygen burner has failed, only the failed hydrogen / oxygen burner can be easily replaced. In addition, since high-temperature hydrogen is supplied from independent hydrogen and oxygen burners, accurate flow control can be performed for each burner, and there is the advantage that abnormal flow can be detected for each burner. is there.

【0012】前記水素・酸素バーナの取り付け数や前記
微粉炭供給ノズルに対する各水素・酸素バーナの傾斜角
度は、本発明によるインジェクタ装置を備えた石炭水素
添加ガス化装置の運転環境に応じて、実験的に最適な数
あるいは値を決めればよいが、ロケットエンジンの分野
で採用されているフォー−オン−ワン形式のインジェク
タ装置の場合でのように、微粉炭供給ノズルを中心とし
て同心状に複数個(4個程度)することは、やはり好ま
しい態様である。
The number of the hydrogen / oxygen burners installed and the inclination angle of each hydrogen / oxygen burner with respect to the pulverized coal supply nozzle may vary depending on the operating environment of the coal hydrogenation gasifier equipped with the injector device according to the present invention. The most suitable number or value may be determined, but as in the case of a four-on-one type injector device employed in the field of rocket engines, a plurality of concentrically centered pulverized coal supply nozzles are used. (Approximately four) is still a preferred embodiment.

【0013】本発明による石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置に用いる水素・酸素バーナは、燃焼によ
り所望の高温水素が得られることを条件に任意である
が、好ましくは、バーナ先端面に位置する酸素噴出孔
と、該酸素噴出孔からの酸素の噴流軸線を中心とする同
心円状に形成された、好ましくは円環状の水素噴出孔と
を備えており、前記酸素噴出孔からの酸素噴流と水素噴
出孔からの水素噴流とは、バーナ先端面よりも前方にお
いて拡散混合して水素が部分燃焼し、それにより高温の
水素を得るように設計されている。
The hydrogen / oxygen burner used for the injector device of the coal hydrogenation gasifier according to the present invention is optional, provided that a desired high-temperature hydrogen is obtained by combustion, but is preferably located at the tip surface of the burner. An oxygen jetting hole, and a preferably annular hydrogen jetting hole formed concentrically around the axis of the jet of oxygen from the oxygen jetting hole, wherein the oxygen jetting and hydrogen jetting from the oxygen jetting hole are provided. The hydrogen jet from the jet hole is designed so that hydrogen is partially mixed and diffused in front of the burner tip surface to partially burn hydrogen, thereby obtaining high-temperature hydrogen.

【0014】上記水素・酸素バーナの好ましい態様で
は、水素に対する酸素の供給量を調整して部分燃焼後の
水素の温度を容易に変えることができるように、水素に
対する酸素の供給量を制御する手段が備えられる。前記
のように、石炭水素添加ガス化装置では、目標とする最
終生成物に応じて炉内の最適運転温度が相違するので、
それに対応して異なった温度の高温水素を水素・酸素バ
ーナからの石炭水素添加ガス化装置内に供給できること
が望まれるが、前記水素・酸素バーナを用いることによ
り、所要の温度の高温水素を容易に調整することがで
き、かつ、炉内に供給することができる。
In a preferred embodiment of the hydrogen / oxygen burner, the supply amount of oxygen to hydrogen is controlled so that the supply amount of oxygen to hydrogen can be adjusted to easily change the temperature of hydrogen after partial combustion. Is provided. As described above, in the coal hydrogenation gasifier, the optimal operating temperature in the furnace differs depending on the target end product,
Correspondingly, it is desired that high-temperature hydrogen at different temperatures can be supplied into the coal hydrogenation gasifier from the hydrogen / oxygen burner, but by using the hydrogen / oxygen burner, high-temperature hydrogen at the required temperature can be easily produced. And can be fed into the furnace.

【0015】上記水素・酸素バーナにおいて、拡散混合
した混合気の着火は、別途備える加熱状態の金属や放電
火花着火手段などの外部着火手段による着火であっても
よく、高温水素の自己着火であってもよい。後者の場合
には、水素が酸素により自己着火可能となるような温度
領域に少なくとも水素を予熱するための予熱手段を備え
ることが望ましい。予熱手段は任意であるが電気炉や燃
焼炉などであってよく、該炉内を通過させることによっ
て水素を所要温度(例えば、700℃程度)に昇温させ
る。なお、水素の自己着火温度は、水素と酸素の初期温
度やモル比、環境圧力などにより変化するので、当該石
炭水素添加ガス化装置の運転環境に応じて、適切な温度
となるように予熱する。
In the hydrogen / oxygen burner, the diffusion-mixed mixture may be ignited by an external ignition means such as a separately provided heated metal or discharge spark ignition means, or by self-ignition of high-temperature hydrogen. You may. In the latter case, it is desirable to provide a preheating means for preheating at least hydrogen in a temperature region where hydrogen can be self-ignited by oxygen. The preheating means is optional, but may be an electric furnace, a combustion furnace, or the like. The hydrogen is heated to a required temperature (for example, about 700 ° C.) by passing through the furnace. In addition, since the self-ignition temperature of hydrogen changes depending on the initial temperature and the molar ratio of hydrogen and oxygen, the environmental pressure, and the like, preheating is performed to an appropriate temperature according to the operating environment of the coal hydrogenation gasifier. .

【0016】前記酸素噴出孔からの酸素噴流と水素噴出
孔からの水素噴流との噴出態様は、バーナ先端面よりも
前方において酸素噴流と水素噴流とが拡散混合状態とな
り得ることを条件に任意であり、平行流であってもよ
く、水素噴流と酸素噴流とがバーナ先端面よりも前方に
おいて角度を持って衝突する交差噴流であってよい。前
者の場合には、バーナチップ部分の機械加工が容易化す
るメリットがある。
The mode of jetting the oxygen jet from the oxygen jet and the hydrogen jet from the hydrogen jet is optional, provided that the oxygen jet and the hydrogen jet can be in a diffusion mixed state ahead of the burner tip surface. Yes, it may be a parallel flow, or a cross jet in which a hydrogen jet and an oxygen jet collide at an angle ahead of the burner tip surface. In the former case, there is a merit that the machining of the burner tip portion is facilitated.

【0017】一方、石炭水素添加ガス化装置において、
微粉炭流に高温酸素を衝突させることは微粉炭流を燃焼
させる恐れがあり避けなければならないが、そのために
は、供給される酸素はバーナ先端から噴出した後できる
だけ短い距離で消費完了することが望まれる。その意味
からは、水素噴流と酸素噴流とが所定の角度を持って衝
突し先混合するようにノズルチップの噴口を設計するこ
とは好ましい態様である。
On the other hand, in a coal hydrogenation gasifier,
Collision of the pulverized coal stream with high-temperature oxygen must be avoided because of the danger of burning the pulverized coal stream, but for this purpose, the supplied oxygen must be completely consumed within the shortest possible distance after being ejected from the burner tip. desired. In this sense, it is a preferable embodiment to design the nozzle tip of the nozzle tip so that the hydrogen jet and the oxygen jet collide with each other at a predetermined angle and mix first.

【0018】本発明者らの実験によれば、前記酸素噴出
孔からの酸素噴流と水素噴出孔からの水素噴流とが、バ
ーナ先端面よりも前方においてほぼ30〜45度の角度
で衝突するように、前記水素噴出孔の傾斜角度を設定す
ることが、最も好ましい態様であることが確認された。
酸素噴出流と水素噴出流との衝突角度が45度よりも大
きな角度とすることは、バーナの加工性の面から、ま
た、燃焼位置がバーナ先端面に近づきすぎてバーナに熱
損傷を与え寿命を短縮化することから好ましくない。
According to the experiments performed by the present inventors, the oxygen jet from the oxygen jet and the hydrogen jet from the hydrogen jet collide at an angle of about 30 to 45 degrees in front of the burner tip surface. It has been confirmed that setting the inclination angle of the hydrogen ejection hole is the most preferable mode.
If the collision angle between the oxygen jet and the hydrogen jet is set to an angle larger than 45 degrees, the burner may be damaged too much due to the workability of the burner, and the combustion position may be too close to the burner tip to cause thermal damage to the burner. Is not preferred because of shortening

【0019】上記のようなインジェクタ装置を備えた石
炭水素添加ガス化装置を用いた高温水素の添加による石
炭のガス化において、高温水素の流量と微粉炭の質量流
量比がある一定の値であるときに、高い効率が得られと
いわれている。また、安定して運転を継続するために
は、微粉炭と水素との混合時に、微粉炭あるいは反応後
の物質であるチャーが団粒化しないことが条件であり、
団粒化を防止するには、混合直後に両者が均一に混じり
合うことが必要となる。そこで、本発明者らは、その条
件を満足する石炭水素添加ガス化装置の運転方法を見つ
けるべく、混合に影響を与えると予測されるファクタを
いろいろと変えて実験を行った。それにより、高温水素
及び微粉炭とその搬送ガスとの運動量比が混合の均一化
に与える影響が大きいことを知った。
In the gasification of coal by the addition of high-temperature hydrogen using a coal hydrogenation gasifier equipped with an injector device as described above, the ratio of the flow rate of high-temperature hydrogen to the mass flow rate of pulverized coal is a constant value. Sometimes it is said that high efficiency is obtained. In order to continue stable operation, it is a condition that pulverized coal or char, which is a substance after the reaction, does not aggregate when pulverized coal and hydrogen are mixed,
In order to prevent agglomeration, it is necessary that both are uniformly mixed immediately after mixing. Therefore, the present inventors conducted experiments by changing various factors predicted to affect the mixing in order to find an operation method of the coal hydrogenation gasifier that satisfies the conditions. As a result, it has been found that the momentum ratio between high-temperature hydrogen and pulverized coal and the carrier gas has a large effect on uniform mixing.

【0020】従って、本発明による石炭水素添加ガス化
装置の運転方法は、上記各水素・酸素バーナからの高温
水素の噴出流量と微粉炭供給ノズルからの微粉炭及び微
粉炭搬送ガスの噴出流量とを、その質量流量比が一定の
条件下で、運動量比が所要の値となるようにして運転す
ることを特徴とする。ここにおいて、最適な運動量比の
値は、実機の寸法などに応じて変化する値であり、実機
に応じて、計算によりあるいは実機の運転を通して、設
定される。
Therefore, the operation method of the coal hydrogenation gasifier according to the present invention is characterized in that the flow rate of high-temperature hydrogen injected from each of the hydrogen / oxygen burners and the flow rate of pulverized coal and pulverized coal carrier gas from the pulverized coal supply nozzle are determined. Is operated such that the momentum ratio becomes a required value under the condition that the mass flow ratio is constant. Here, the value of the optimal momentum ratio is a value that changes according to the dimensions of the actual machine and the like, and is set according to the actual machine by calculation or through operation of the actual machine.

【0021】また、石炭水素添加ガス化装置の運転にお
いて、生成しようとする最終生成物に応じて炉内の最適
運転温度が異なる。従って、本発明の好ましい態様で
は、炉内最適運転温度を得ることのできる所望温度の高
温水素が得られるように、水素・酸素バーナでの水素に
対する酸素の供給量を適宜制御して、所望温度の高温水
素を得るようにし、その高温水素を反応炉内に供給する
ようにして石炭水素添加ガス化装置の運転を行う。
In the operation of the coal hydrogenation gasifier, the optimum operating temperature in the furnace varies depending on the final product to be produced. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the supply amount of oxygen to hydrogen in the hydrogen / oxygen burner is appropriately controlled so as to obtain high-temperature hydrogen at a desired temperature capable of obtaining the optimum operation temperature in the furnace, thereby obtaining the desired temperature. , And the coal hydrogenation gasifier is operated so as to supply the high-temperature hydrogen into the reactor.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明による石炭水素添加
ガス化装置のインジェクタ装置及びそこに取り付ける水
素・酸素バーナの好ましい実施の形態を、その運転方法
と共に、実験により得られた知見をも含めて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of an injector device of a coal hydrogenation gasifier according to the present invention and a hydrogen / oxygen burner attached to the injector device will be described, together with the operation method thereof and the knowledge obtained through experiments. Will be explained.

【0023】図1は本発明によるインジェクタ装置Aの
要部を説明する断面図であり、図2は該インジェクタ装
置Aを上から見た図である。ただし、図2では、図1に
おける後記する微粉炭供給ノズル4及び水素・酸素バー
ナ50は取り外されている。図示されるように、インジ
ェクタ装置Aは反応室Sの一部を区画する円筒状の筒体
1とその上端を閉塞するほぼ半円球状の鏡板2とを備
え、筒体1と鏡板2は、双方の対向する端部に形成され
るフランジ1a、2aをネジ留めすることによって一体
化され、全体として圧力容器3を形成している。また、
鏡板2の下端部は円盤2bにより閉鎖されている。
FIG. 1 is a sectional view for explaining a main part of an injector device A according to the present invention, and FIG. 2 is a view of the injector device A as viewed from above. However, in FIG. 2, a pulverized coal supply nozzle 4 and a hydrogen / oxygen burner 50 described later in FIG. 1 are removed. As shown in the drawing, the injector device A includes a cylindrical tubular body 1 that defines a part of the reaction chamber S, and a substantially semi-spherical end plate 2 that closes an upper end thereof. The flanges 1a, 2a formed on both opposing ends are integrated by screwing them together to form the pressure vessel 3 as a whole. Also,
The lower end of the end plate 2 is closed by a disk 2b.

【0024】鏡板2の天井中央部には開口が形成され、
該開口には当該圧力容器3の中心軸心線L方向を噴出方
向とする微粉炭供給ノズル4が軸心線を同じくして取り
付けてある。該微粉炭供給ノズル4の先端は、前記鏡板
2の下端部に配置された円盤2bにまで達しており、そ
こで、前記反応室Sに連通している。鏡板2の前記開口
部にはフランジ6,6’との間にガスケット7を配置し
て微粉炭供給ノズル4を締め付け固定し、該開口部と微
粉炭供給ノズル4との間の気密性を確保している。
An opening is formed at the center of the ceiling of the end plate 2,
A pulverized coal supply nozzle 4 whose ejection direction is in the direction of the central axis L of the pressure vessel 3 is attached to the opening along the same axis. The tip of the pulverized coal supply nozzle 4 reaches a disk 2b arranged at the lower end of the head plate 2, where it communicates with the reaction chamber S. A gasket 7 is disposed between the opening of the end plate 2 and the flanges 6 and 6 ′ to fasten and fix the pulverized coal supply nozzle 4 to secure airtightness between the opening and the pulverized coal supply nozzle 4. are doing.

【0025】鏡板2の前記微粉炭供給ノズル4の中心軸
を中心とした同心円上には、4個の開口11が等しい間
隔で形成されており、各開口11には円筒状のフランジ
12が熔着などの手段により一体に定着されている。各
円筒フランジ12は、その中心軸心線LLが前記圧力容
器3の中心軸心線L(すなわち、前記微粉炭供給ノズル
4の中心軸心線)と所要の角度で交叉するように傾斜し
て設けてある。前記円筒フランジ12の上端面13はそ
の中心軸心線LLに直交する平坦面となっている。この
角度は、図7に示したような従来のインジェクタ装置に
おける微粉炭供給と高温水素との衝突角をベースとして
いる。
Four openings 11 are formed at equal intervals on a concentric circle of the end plate 2 about the central axis of the pulverized coal supply nozzle 4, and a cylindrical flange 12 is formed in each opening 11. It is integrally fixed by means such as wearing. Each cylindrical flange 12 is inclined so that its central axis LL intersects the central axis L of the pressure vessel 3 (that is, the central axis of the pulverized coal supply nozzle 4) at a required angle. It is provided. The upper end surface 13 of the cylindrical flange 12 is a flat surface orthogonal to the center axis LL. This angle is based on the collision angle between pulverized coal supply and high-temperature hydrogen in the conventional injector device as shown in FIG.

【0026】前記各円筒フランジ12には、水素・酸素
バーナ50が着脱可能な状態でそれぞれ取り付けられ
る。水素・酸素バーナ50は、ノズル先端部60と、該
ノズル先端部60の背面側に固定された円筒体80と、
該円筒体80の後端を閉塞する閉塞板81を備える。ノ
ズル先端部60は、図3,図4に詳細に示すように、ノ
ズルチップ部61と、その後端に熔着された次第に拡径
している基体部分71とからなる。そして、前記円筒体
80にはその軸心に直交する方向に取り付けフランジ8
2(図1)が気密状態で固着されており、該取り付けフ
ランジ82が前記円筒フランジ12の平坦先端面13上
にねじ止めなどの手段により定着されることにより、水
素・酸素バーナ50は、鏡板2に対して着脱可能な状態
で、かつ、微粉炭供給ノズル4の中心軸心線と30〜4
5度程度の角度で交叉するように傾斜して取り付けられ
る。この例では、4本の水素・酸素バーナ50が、その
ノズル先端部60を前記微粉炭供給ノズル4を中心とし
た同心円上に位置するようにして、かつ、同じ傾斜角度
で取り付けてあり、各水素・酸素バーナ50の噴口から
の高温水素は微粉炭供給ノズル4からの微粉炭に30〜
45度程度の角度をなして衝突するようにされている。
A hydrogen / oxygen burner 50 is detachably attached to each of the cylindrical flanges 12. The hydrogen / oxygen burner 50 includes a nozzle tip 60, a cylindrical body 80 fixed to the back side of the nozzle tip 60,
A closing plate 81 for closing the rear end of the cylindrical body 80 is provided. As shown in detail in FIGS. 3 and 4, the nozzle tip portion 60 includes a nozzle tip portion 61 and a base portion 71 having a diameter gradually increased and welded to a rear end thereof. The mounting flange 8 is attached to the cylindrical body 80 in a direction orthogonal to its axis.
2 (FIG. 1) is fixed in an airtight state, and the mounting flange 82 is fixed on the flat distal end surface 13 of the cylindrical flange 12 by means of screws or the like, so that the hydrogen / oxygen burner 50 is 2 and a central axis of the pulverized coal supply nozzle 4 and 30 to 4
It is attached so as to be inclined at an angle of about 5 degrees. In this example, four hydrogen / oxygen burners 50 are attached such that their nozzle tips 60 are located concentrically around the pulverized coal supply nozzle 4 and at the same inclination angle. The high-temperature hydrogen from the nozzle of the hydrogen / oxygen burner 50 is supplied to the pulverized coal from
The collision is made at an angle of about 45 degrees.

【0027】前記鏡板2の内部空間には断熱材2cが充
填されており、水素・酸素バーナ50の噴口からの熱が
微粉炭供給ノズル4に伝熱するのをさらに確実に防止し
て、微粉炭供給ノズル4の先端で微粉炭が熱融着するの
を阻止するとともに、水素・酸素バーナ50内を流れる
高温水素が温度低下するのをも防止している。また、筒
体1の内周面にも断熱材1bが張り付けてあり、反応室
S内の温度を一定に維持している。
The interior space of the end plate 2 is filled with a heat insulating material 2c to further reliably prevent heat from the injection port of the hydrogen / oxygen burner 50 from being transmitted to the pulverized coal supply nozzle 4. In addition to preventing thermal coalescence of the pulverized coal at the tip of the charcoal supply nozzle 4, it also prevents the temperature of the high-temperature hydrogen flowing in the hydrogen / oxygen burner 50 from decreasing. A heat insulating material 1b is also attached to the inner peripheral surface of the cylindrical body 1 to keep the temperature inside the reaction chamber S constant.

【0028】ノズルチップ部61には、中心軸心線LL
を貫通する酸素ガス噴出流路62が穿設される。該酸素
ガス噴出流路62は、酸素ガス噴出ノズル63と該酸素
ガス噴出ノズル63の上流側に連続するやや大径である
酸素ガス流路64とを備える。さらに、前記酸素ガス流
路64の周囲には円筒状の水素流路65が形成されてお
り、該水素流路65の先端底部には、前記酸素ガス噴出
ノズル63の先端開口位置の僅か外側に開口部が位置し
うるような傾斜角度で複数本の第2の水素流路66が穿
設されている。そして、該複数本の第2の水素流路66
の先端は、コーン状の水素噴出ノズル67にすべて連通
するようにされており、該コーン状の水素噴出ノズル6
7の先端は、前記酸素ガス噴出ノズル63の先端開口部
を取り囲む円環状の噴出口68となっている。この例に
おいて、酸素ガス噴出ノズル63と水素噴出ノズル67
との傾斜角βは30〜45度である。なお、前記コーン
状の水素噴出ノズル67を省略して、第2の水素流路6
6をそのままノズル先端まで延長し、そこで噴出口とし
て開放するようになっていてもよい。さらに、図示しな
いが、酸素ガス噴出ノズル63に対して水素噴出ノズル
67(あるいは第2の水素流路66)を平行に位置さ
せ、両ノズルからの噴出流が平行流となるように形成し
てもよい。
The nozzle tip 61 has a central axis LL.
An oxygen gas ejection flow path 62 penetrating therethrough is provided. The oxygen gas ejection channel 62 includes an oxygen gas ejection nozzle 63 and an oxygen gas channel 64 having a slightly larger diameter and continuing upstream of the oxygen gas ejection nozzle 63. Further, a cylindrical hydrogen flow path 65 is formed around the oxygen gas flow path 64, and at the bottom of the front end of the hydrogen flow path 65, slightly outside the opening position of the front end of the oxygen gas ejection nozzle 63. A plurality of second hydrogen flow paths 66 are formed at an inclination angle at which the opening can be located. The plurality of second hydrogen flow paths 66
Of the cone-shaped hydrogen jetting nozzle 67 is connected to the cone-shaped hydrogen jetting nozzle 67.
The tip of 7 is an annular ejection port 68 that surrounds the opening of the tip of the oxygen gas ejection nozzle 63. In this example, the oxygen gas ejection nozzle 63 and the hydrogen ejection nozzle 67
Is 30 to 45 degrees. The second hydrogen flow path 6 is omitted by omitting the cone-shaped hydrogen ejection nozzle 67.
6 may be directly extended to the tip of the nozzle, where it may be opened as a jet port. Further, although not shown, the hydrogen ejection nozzle 67 (or the second hydrogen flow path 66) is positioned parallel to the oxygen gas ejection nozzle 63, and formed so that the ejection flows from both nozzles are parallel. Is also good.

【0029】基体部分71には、前記水素流路65に連
通する複数本の第1の貫通路72と、前記酸素ガス流路
62に連通する第2の貫通路73とが穿設されており、
第1の貫通路72の上流側開放端位置74と第2の貫通
孔73の上流側開放端位置75とは、好ましくは中心軸
心線LLを挟んで反対側に位置するようにされている。
そして、基体部分71における前記第1の貫通孔72の
上流側開放端位置74及び第2の貫通孔73の上流側開
放端位置75には、それぞれの貫通孔の開放端を気密状
態で包囲するように第1の導管76と第2の導管77と
が熔着されている。また、第1の導管76と第2の導管
77は前記円筒体80に沿って上流側に延出し、前記閉
塞板81を密封状態で貫通して、外側に突き出ている。
A plurality of first through paths 72 communicating with the hydrogen flow path 65 and a second through path 73 communicating with the oxygen gas flow path 62 are formed in the base portion 71. ,
The upstream open end position 74 of the first through passage 72 and the upstream open end position 75 of the second through hole 73 are preferably located on opposite sides of the center axis LL. .
The upstream end of the first through hole 72 and the upstream open end 75 of the second through hole 73 in the base portion 71 hermetically surround the open end of each through hole. Thus, the first conduit 76 and the second conduit 77 are welded. The first conduit 76 and the second conduit 77 extend upstream along the cylindrical body 80, penetrate the closing plate 81 in a sealed state, and protrude outward.

【0030】図1に示すように、前記第1の導管76が
前記閉塞板81を越えて外側に突出している部分は、途
中にベローズ83を介在させた覆い管84で覆われてお
り、第1の導管76と覆い管84の間には断熱材を挿入
して必要な場合に予熱されて送られてくる水素の冷却を
防いでいる。なお、熱による膨張収縮が小さい場合に
は、ベローズ83は省略してもよい。前記第1の導管7
6は加圧された水素源(不図示)に接続され、第2の導
管77は加圧された酸素源(不図示)に接続されてい
る。そして、酸素と必要な場合には図示しない予熱手段
により所要の温度(700℃程度以上)に予熱された水
素とが、水素・酸素バーナ50に送り込まれる。場合に
よっては、酸素が予熱されることもある。
As shown in FIG. 1, the portion where the first conduit 76 projects outside beyond the closing plate 81 is covered with a cover tube 84 with a bellows 83 interposed in the middle. A heat insulating material is inserted between the one conduit 76 and the covering tube 84 to prevent cooling of the preheated and sent hydrogen when necessary. If the expansion and contraction due to heat is small, the bellows 83 may be omitted. The first conduit 7
6 is connected to a pressurized hydrogen source (not shown) and the second conduit 77 is connected to a pressurized oxygen source (not shown). Then, oxygen and, if necessary, hydrogen preheated to a required temperature (about 700 ° C. or higher) by a preheating means (not shown) are sent to the hydrogen / oxygen burner 50. In some cases, oxygen may be preheated.

【0031】酸素と好ましくは700℃程度以上に予熱
された水素とはノズルの先端から噴出し、ノズル前方で
衝接して拡散混合し、水素が酸素により自己着火して部
分燃焼する。その際に、所要に昇温した高温水素が得ら
れるように、また、供給する酸素は自己着火直後にすべ
てが消費されるように、図示しない流量調整手段により
水素に対する酸素の量が調整される。流量調整手段は流
量調整弁のようなものであってよい。それにより、水素
は容易に所要の温度に昇温する。なお、バーナの着火は
自己着火ではなく別途用意した加熱状態の金属や放電火
花着火手段などの外部着火手段により行うようにしても
よい。
Oxygen and hydrogen, preferably preheated to about 700 ° C. or higher, are jetted from the tip of the nozzle, abut against the front of the nozzle and diffusely mixed, and the hydrogen self-ignites with oxygen to partially burn. At this time, the amount of oxygen with respect to hydrogen is adjusted by a flow rate adjusting means (not shown) so that high-temperature hydrogen having a required temperature can be obtained and oxygen to be supplied is consumed immediately after self-ignition. . The flow control means may be like a flow control valve. Thereby, the hydrogen easily rises to the required temperature. The burner may be ignited not by self-ignition but by an external igniting means such as a separately prepared heated metal or a discharge spark igniting means.

【0032】上記した石炭水素添加ガス化装置のインジ
ェクタ装置において、前記水素・酸素バーナ50を燃焼
させながら、微粉炭供給ノズル4から微粉炭を噴出させ
る。それにより、バーナ噴口からの所要の温度に昇温し
た高温水素が微粉炭供給ノズル4からの微粉炭に衝突し
て、メタンなどの炭化水素系ガスを直接製造することが
できる。
In the above-described injector of the coal hydrogenation gasifier, pulverized coal is ejected from the pulverized coal supply nozzle 4 while burning the hydrogen / oxygen burner 50. Thereby, the high-temperature hydrogen heated to a required temperature from the burner nozzle collides with the pulverized coal from the pulverized coal supply nozzle 4 and can directly produce a hydrocarbon-based gas such as methane.

【0033】ところで、微粉炭に高温水素を添加してメ
タンなどの炭化水素系ガスを直接製造する場合に、安定
した運転を継続するためには、微粉炭と高温水素との混
合時に両者が均一に混じり合って、微粉炭に団粒化(凝
集)が生じないことが必要である。そこで、本発明者ら
は、テストモデルを使用して混合に影響を与えると予測
されるファクタをいろいろと変えて予備実験を行った。
その結果、他のファクタに比較して、高温水素と微粉炭
との運動量比(モーメンタム比)が、混合の均一化に有
意な影響を与えることを知った。以下にそれを説明す
る。
In the case where high-temperature hydrogen is added to pulverized coal to directly produce a hydrocarbon gas such as methane, in order to maintain stable operation, both of the pulverized coal and high-temperature hydrogen must be uniformly mixed at the time of mixing. It is necessary that the pulverized coal does not aggregate (agglomerate). Thus, the present inventors conducted preliminary experiments by using a test model and changing various factors predicted to affect mixing.
As a result, it was found that the momentum ratio (momentum ratio) between high-temperature hydrogen and pulverized coal significantly affects the homogenization of mixing as compared with other factors. This will be described below.

【0034】図5及び図6は、テストモデルに使用した
実験装置の概略図であり、反応器100は円筒体1A
(直径d)を備え、その一端が端板2Aで閉鎖されてい
る。該端板2Aの中心部には微粉炭供給ノズルに相当す
る第1のノズル4Aが、円筒体1Aの中心軸心線L1と
軸心線を同じくして取り付けてある。さらに、該第1の
ノズル4Aを中心とした直径Dの同心円上には、水素・
酸素バーナの噴出ノズルに相当する4本の第2のノズル
4Bが等しい間隔で設けてあり、その中心軸心線LL1
は前記円筒体1Aの中心軸心線L1(すなわち、前記第
1のノズル4Aの中心軸心線)と所要の角度で交叉する
ように傾斜している。各ノズルには流量計5A、流量調
整弁5Bが取り付けられ、各ノズルを通過する流体の流
量調整を可能としている。
FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams of an experimental apparatus used for the test model.
(Diameter d), one end of which is closed by the end plate 2A. A first nozzle 4A corresponding to a pulverized coal supply nozzle is attached to the center of the end plate 2A so as to have the same axis as the center axis L1 of the cylindrical body 1A. Further, hydrogen / hydrogen is placed on a concentric circle having a diameter D centered on the first nozzle 4A.
Four second nozzles 4B corresponding to the jet nozzles of the oxygen burner are provided at equal intervals, and the central axis line LL1 is provided.
Is inclined so as to intersect with the center axis L1 of the cylindrical body 1A (that is, the center axis of the first nozzle 4A) at a required angle. A flow meter 5A and a flow control valve 5B are attached to each nozzle, and the flow rate of the fluid passing through each nozzle can be adjusted.

【0035】最初に、微粉炭と水素との混合をガスとガ
ス(空気と空気にトレーサを混入したもの)の混合に擬
態させてテストを行った。前記のように、高温水素の流
量と微粉炭の質量流量比が一定(0.2程度)であると
きに高い効率が得られことが知られているので、テスト
では、第2のノズル4Bからの水素ガス側空気流量q2
と第1のノズル4Aからの石炭側空気流量q1との質量
流量比(q2/q1)をほぼ0.2とした。
First, a test was conducted by simulating a mixture of pulverized coal and hydrogen with a mixture of gas and gas (air and air mixed with a tracer). As described above, it is known that high efficiency is obtained when the flow rate of high-temperature hydrogen and the mass flow rate of pulverized coal are constant (about 0.2). Of hydrogen gas side air flow q2
And the mass flow ratio (q2 / q1) of the coal-side air flow rate q1 from the first nozzle 4A to about 0.2.

【0036】その条件下で、表1に示すように、パラメ
ータを変えたケース1〜ケース5についてテストした。
基準となるケース(ケース1)では、反応器直径d=
d、第2のノズル4B間の距離D=D、第2のノズル4
Bの焦点距離(ノズル先端から中心軸心線L1までの距
離)Da=Dとし、さらに、石炭側空気と水素ガス側空
気との運動量比(モーメンタム比)Mc=Mc、第1の
ノズル4Aの直径t1と第2のノズル4Bの直径t2と
を設定した。
Under these conditions, as shown in Table 1, cases 1 to 5 in which parameters were changed were tested.
In the reference case (case 1), the reactor diameter d =
d, distance D = D between the second nozzles 4B, second nozzle 4
The focal length of B (distance from the nozzle tip to the center axis L1) is Da = D, the momentum ratio (momentum ratio) between the coal side air and the hydrogen gas side air is Mc = Mc, and the first nozzle 4A is The diameter t1 and the diameter t2 of the second nozzle 4B were set.

【0037】ケース2では、反応器直径dを0.7dに
変更した。ケース3では、第2のノズル4B間の距離D
(すなわち、第2のノズル4Bの焦点距離Da)を1.
4D(1.4Da)に変更した。ケース4では、第2の
ノズル4Bの直径t2を約0.7×t2とすることによ
って、運動量比(モーメンタム比)Mcを2.0Mcに
変更した。ケース5では、第2のノズル4Bの直径t2
を約1.4×t2とすることによって、運動量比(モー
メンタム比)Mcを0.5Mcに変更した。
In case 2, the reactor diameter d was changed to 0.7d. In case 3, the distance D between the second nozzles 4B
(That is, the focal length Da of the second nozzle 4B) is set to 1.
Changed to 4D (1.4 Da). In Case 4, the momentum ratio (momentum ratio) Mc was changed to 2.0 Mc by setting the diameter t2 of the second nozzle 4B to about 0.7 × t2. In case 5, the diameter t2 of the second nozzle 4B
Was set to about 1.4 × t2, thereby changing the momentum ratio (momentum ratio) Mc to 0.5 Mc.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】それぞれのケースについて、端板2Aの下
面から下流側にL,2L,2.8Lの距離に、直径方向
に複数の試料採取部を持つ櫛形サンプリング管を挿入し
てトレーサの分布状態をベースに双方の空気の混合濃度
分布を測定した。その結果、基準ケースであるケース1
での混合濃度分布と比較して、反応器直径dを変更した
場合(ケース2)、及び、第2のノズル4B間の距離D
(第2のノズル4Bの焦点距離Da)を変更した場合
(ケース3)のいずれにおいても、その混合濃度分布態
様に有意な差異は認められなかった。しかし、運動量比
(モーメンタム比)Mcを0.5Mcに変更した場合
(ケース5)では、その混合濃度分布態様がケース1の
場合と大きく相違し、有意な差異が認められた。運動量
比(モーメンタム比)Mcを2.0Mcに変更した場合
(ケース4)も混合濃度分布態様はケース1の場合と有
意な差違を示したが、その差違の程度はケース5の場合
よりも格段に小さかった。以上のことから、図1及び図
2に示すような形態の石炭水素添加ガス化装置に用いる
インジェクタ装置において、混合性に対し最も影響を持
つのは運動量比(モーメンタム比)Mcであることがわ
かる。
In each case, a comb-shaped sampling tube having a plurality of sampling portions in the diameter direction is inserted at a distance of L, 2L, 2.8L downstream from the lower surface of the end plate 2A to change the distribution state of the tracer. The mixed concentration distribution of both air was measured on the base. As a result, case 1 which is the reference case
In the case where the reactor diameter d is changed as compared with the mixed concentration distribution at (Case 2), and the distance D between the second nozzles 4B
In any of the cases where the (focal length Da of the second nozzle 4B) was changed (case 3), no significant difference was observed in the mixed concentration distribution mode. However, when the momentum ratio (momentum ratio) Mc was changed to 0.5 Mc (case 5), the mixed concentration distribution mode was significantly different from the case 1 and a significant difference was observed. When the momentum ratio (momentum ratio) Mc was changed to 2.0 Mc (Case 4), the mixed concentration distribution mode also showed a significant difference from the case of Case 1, but the degree of the difference was much higher than in Case 5. Was small. From the above, it can be seen that in the injector device used in the coal hydrogenation gasifier having the configuration as shown in FIGS. 1 and 2, the momentum ratio (momentum ratio) Mc has the greatest influence on the mixing property. .

【0040】次に、上記のテスト結果を踏まえて、第1
のノズル2A側は実際の石炭噴流とし、第2のノズル4
B側は空気噴流として、同じようにテストを行い、か
つ、下流側で同じようにして石炭濃度分布を測定して、
ガス/ガス系試験との固体の影響による有意差の有無を
確認・評価した。その結果、固体の影響による有意差は
ほとんど観察されず、石炭噴流と空気噴流との運動量比
(モーメンタム比)の違いによる混合濃度分布のばらつ
き方も、ガス/ガス系の場合と定性的に同じ分布を示し
た。
Next, based on the above test results, the first
The nozzle 2A side is an actual coal jet, and the second nozzle 4
The B side performs the same test as an air jet, and measures the coal concentration distribution in the same way on the downstream side,
The presence / absence of a significant difference due to the influence of solids from the gas / gas system test was confirmed and evaluated. As a result, no significant difference due to the effect of the solid was observed, and the variation in the mixture concentration distribution due to the difference in the momentum ratio (momentum ratio) between the coal jet and the air jet was qualitatively the same as in the gas / gas system. The distribution was shown.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明による石炭水素添加ガス化装置の
インジェクタ装置は、水素・酸素バーナと微粉炭供給ノ
ズルとを個別に圧力容器の先端に取り付けるようにした
ので、水素・酸素バーナから微粉炭供給ノズルへの伝熱
性を低下させることができ、微粉炭供給ノズル先端で微
粉炭が熱融着するのを有効に阻止することができる。そ
れにより、石炭水素添加ガス化装置を安定した状態で長
時間の連続運転することが可能となり、装置の耐久性が
向上する。また、水素・酸素バーナを燃焼させることに
よって高温水素を直接得ることができるので、全体の構
成は簡素化する。さらに、個々の水素・酸素バーナの燃
焼条件を適宜設定することにより、所望の温度の高温水
素を容易かつ確実に、またコンスタントに得ることがで
きる。
In the injector device of the coal hydrogenation gasifier according to the present invention, the hydrogen / oxygen burner and the pulverized coal supply nozzle are separately attached to the tip of the pressure vessel. The heat transfer to the supply nozzle can be reduced, and the thermal coalescence of the pulverized coal at the tip of the pulverized coal supply nozzle can be effectively prevented. As a result, the coal hydrogenation gasifier can be operated continuously for a long time in a stable state, and the durability of the device is improved. Further, since high-temperature hydrogen can be directly obtained by burning the hydrogen / oxygen burner, the overall configuration is simplified. Further, by appropriately setting the combustion conditions of the individual hydrogen / oxygen burners, high-temperature hydrogen at a desired temperature can be obtained easily, reliably and constantly.

【0042】水素・酸素バーナ及び微粉炭供給ノズルは
圧力容器の先端に着脱可能に取り付けられているので、
メンテナンスの際、個々の水素・酸素バーナ及び微粉炭
供給ノズルを取り外すことができ、メンテナンス作業が
容易化する。また、異なった種類や粒径の微粉炭を用い
て運転する場合に、その条件に最適な温度及び流量の高
温水素が供給できるよう、適切な水素・酸素バーナに容
易に交換することもできる。
Since the hydrogen / oxygen burner and the pulverized coal supply nozzle are detachably attached to the tip of the pressure vessel,
During maintenance, individual hydrogen / oxygen burners and pulverized coal supply nozzles can be removed, facilitating maintenance work. Further, when the operation is performed using pulverized coal having different types and particle diameters, it is possible to easily replace the burner with an appropriate hydrogen / oxygen burner so that high-temperature hydrogen having a temperature and a flow rate optimal for the condition can be supplied.

【0043】水素・酸素バーナが不調をきたしたような
場合にも、不調をきたした水素・酸素バーナのみを容易
に交換することができる。また、個々に独立した水素・
酸素バーナから高温水素を供給するようにしているの
で、個々のバーナごとに正確な流量制御が可能であり、
流量異常の発生なども個々のバーナごとに検知すること
ができる。また、本発明による石炭水素添加ガス化装置
の運転方法により、高い効率での石炭のガス化が進行す
る。また、その最終生成物に応じた最適の運転状態を容
易に確立することもできる。
Even in the case where the hydrogen / oxygen burner has failed, it is possible to easily replace only the failed hydrogen / oxygen burner. In addition, each independent hydrogen
Since high-temperature hydrogen is supplied from the oxygen burner, accurate flow control for each burner is possible,
The occurrence of abnormal flow can be detected for each burner. In addition, the gasification of coal proceeds with high efficiency by the operation method of the coal hydrogenation gasifier according to the present invention. In addition, it is possible to easily establish an optimum operation state according to the final product.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるインジェクタ装置の要部を説明す
る断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of an injector device according to the present invention.

【図2】図1のインジェクタ装置を上から見た図。ただ
し、微粉炭供給ノズル及び水素・酸素バーナは取り外さ
れている。
FIG. 2 is a view of the injector device of FIG. 1 as viewed from above. However, the pulverized coal supply nozzle and the hydrogen / oxygen burner have been removed.

【図3】水素・酸素バーナのノズル先端部を説明する断
面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a nozzle tip of a hydrogen / oxygen burner.

【図4】水素・酸素バーナのノズル先端部を説明する断
面による斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of a cross section for explaining a nozzle tip of a hydrogen / oxygen burner.

【図5】テストモデルに使用した実験装置の概略図。FIG. 5 is a schematic diagram of an experimental apparatus used for a test model.

【図6】図5に示す実験装置の要部を説明する図。FIG. 6 is a view for explaining main parts of the experimental apparatus shown in FIG.

【図7】従来のフォー−オン−ワン形式のインジェクタ
装置を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional four-on-one type injector device.

【図8】図7に示すインジェクタ装置で使用される水素
加熱装置を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a hydrogen heating device used in the injector device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…石炭水素添加ガス化装置のインジェクタ部分、S…
反応室、1…筒体、2…鏡板、3…圧力容器、4…微粉
炭供給ノズル、50…水素・酸素バーナ、60…ノズル
先端部、61…ノズルチップ部、62…酸素ガス噴出流
路、63…酸素ガス噴出ノズル、65…水素流路、67
…水素噴出ノズル、68…円環状の水素噴出口
A: Injector part of coal hydrogenation gasifier, S ...
Reaction chamber, 1 ... cylinder, 2 ... head plate, 3 ... pressure vessel, 4 ... pulverized coal supply nozzle, 50 ... hydrogen / oxygen burner, 60 ... nozzle tip, 61 ... nozzle tip, 62 ... oxygen gas ejection flow path , 63 ... oxygen gas ejection nozzle, 65 ... hydrogen flow path, 67
… Hydrogen jet nozzle, 68… annular hydrogen jet

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧力容器の一方端中央部に当該圧力容器
の中心軸心線方向を噴出方向とする微粉炭供給ノズルが
着脱可能に取り付けられ、前記端部の前記微粉炭供給ノ
ズルを中心とした同心円上には、複数個の水素・酸素バ
ーナが該バーナー噴口からの高温水素が前記微粉炭供給
ノズルからの微粉炭に衝突し得るようにして着脱可能に
取り付けられていることを特徴とする石炭水素添加ガス
化装置のインジェクタ装置。
1. A pulverized coal supply nozzle whose ejection direction is in the direction of the central axis of the pressure vessel is detachably attached to the center of one end of the pressure vessel, with the pulverized coal supply nozzle at the end being centered. A plurality of hydrogen / oxygen burners are detachably mounted on the concentric circle so that high-temperature hydrogen from the burner nozzle can collide with pulverized coal from the pulverized coal supply nozzle. Injector for coal hydrogenation gasifier.
【請求項2】 前記水素・酸素バーナは、バーナ先端面
に位置する酸素噴出孔と、該酸素噴出孔からの酸素の噴
流軸線を中心として同心円状に配置された水素噴出孔と
を備えており、前記酸素噴出孔からの酸素噴流と該水素
噴出孔からの水素噴流とは、バーナ先端面よりも前方に
おいて拡散混合して水素が部分燃焼し、それにより、高
温の水素を得るように設計されている水素・酸素バーナ
であることを特徴とする請求項1記載の石炭水素添加ガ
ス化装置のインジェクタ装置。
2. The hydrogen / oxygen burner includes an oxygen outlet located at a tip end face of the burner, and a hydrogen outlet arranged concentrically about an axis of a jet of oxygen from the oxygen outlet. The oxygen jet from the oxygen jet and the hydrogen jet from the hydrogen jet are designed to diffuse and mix in front of the burner tip to partially burn the hydrogen, thereby obtaining high-temperature hydrogen. The injector of claim 1, wherein the burner is a hydrogen / oxygen burner.
【請求項3】 前記水素・酸素バーナは、前記混合領域
における水素の部分燃焼により所要温度に昇温した高温
水素が得られるように、水素に対する酸素の供給量を制
御するようにされている水素・酸素バーナであることを
特徴とする請求項2記載の石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置。
3. The hydrogen / oxygen burner controls the supply amount of oxygen to hydrogen so that high temperature hydrogen heated to a required temperature is obtained by partial combustion of hydrogen in the mixing region. The injector device for a coal hydrogenation gasifier according to claim 2, wherein the injector device is an oxygen burner.
【請求項4】 前記水素・酸素バーナは、前記拡散混合
した混合気が水素の酸素による自己着火により燃焼する
ようにされている水素・酸素バーナであることを特徴と
する請求項2又は3記載の石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置。
4. The hydrogen / oxygen burner as set forth in claim 2, wherein said hydrogen / oxygen burner is a hydrogen / oxygen burner in which said diffusion-mixed mixture is burned by self-ignition of hydrogen with oxygen. Injector device for coal hydrogenation gasifier.
【請求項5】 前記水素・酸素バーナは、前記酸素噴出
孔からの酸素噴流と前記水素噴出孔からの水素噴流と
が、バーナ先端面よりも前方において、水素噴流が酸素
噴流に対してほぼ30〜45度の角度で衝突するように
されている水素・酸素バーナであることを特徴とする請
求項2ないし4いずれか記載の石炭水素添加ガス化装置
のインジェクタ装置。
5. The hydrogen / oxygen burner is characterized in that the oxygen jet from the oxygen jet and the hydrogen jet from the hydrogen jet are arranged such that the hydrogen jet is approximately 30 5. The injector for a coal hydrogenation gasifier according to claim 2, wherein the injector is a hydrogen / oxygen burner adapted to collide at an angle of up to 45 degrees.
【請求項6】 請求項1ないし5いずれか記載のインジ
ェクタ装置を備えた石炭水素添加ガス化装置の運転方法
であって、各水素・酸素バーナからの高温水素の噴出流
量と微粉炭供給ノズルからの微粉炭及び微粉炭搬送ガス
の噴出流量とを、その質量流量比が一定の条件下で、運
動量比が所要の値となるようにして運転することを特徴
とする石炭水素添加ガス化装置の運転方法。
6. A method for operating a coal hydrogenation gasifier equipped with the injector device according to claim 1, wherein a flow rate of high-temperature hydrogen discharged from each hydrogen / oxygen burner and a pulverized coal supply nozzle are provided. And the jet flow rate of pulverized coal and pulverized coal carrier gas, the mass flow rate ratio under a constant condition, the momentum ratio becomes a required value, the operation of the coal hydrogenation gasifier characterized in that it is operated how to drive.
【請求項7】 請求項3に記載のインジェクタ装置を備
えた石炭水素添加ガス化装置の運転方法であって、当該
石炭水素添加ガス化装置で生成しようとする最終生成物
に応じた炉内運転温度を得ることのできる所望温度の高
温水素が得られるように、水素に対する酸素の供給量を
適宜制御して水素・酸素バーナを運転することを特徴と
する石炭水素添加ガス化装置の運転方法。
7. A method for operating a coal hydrogenation gasifier provided with the injector device according to claim 3, wherein the in-furnace operation is performed in accordance with a final product to be generated by the coal hydrogenation gasifier. A method for operating a coal hydrogenation gasifier, comprising operating a hydrogen / oxygen burner by appropriately controlling the supply amount of oxygen to hydrogen so as to obtain high-temperature hydrogen at a desired temperature capable of obtaining a temperature.
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