JP2002519656A - ガス化プロセスにおいて使用するための熱電対 - Google Patents

ガス化プロセスにおいて使用するための熱電対

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Abstract

(57)【要約】 ガス化プロセスの温度を測定するための熱電対を含む改良された装置が提供される。改良点には、熱電対の少なくとも一部を包封するサファイア外囲器が含まれる。サファイア外囲器は、熱電対に取り付けられるサファイア・シースの形でよい。この装置は、保護管と、この保護管によってもたらされたサファイア外囲器とを含むこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、一般に、ガス化プロセスで使用される熱電対に関し、より詳細には
、ガス化プロセスで使用される熱電対の耐用寿命を延ばすためにサファイアを使
用することに関する。
【０００２】 （発明の背景および概要） 高温ガス化プロセスでは、炭化水素性燃料、例えば石炭から、高温部分酸化ガ
スが生成される。このプロセスでは、炭化水素性燃料が、ガス化反応炉内で空気
や酸素などの反応性の酸素含有ガスと反応し、それによって高温部分酸化ガスが
生じる。
【０００３】 典型的なガス化プロセスでは、高温部分酸化ガスは実質上、Ｈ2、ＣＯと、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＮＨ3、Ｎ2、Ａｒの群からの少なくとも１種のガス
を含み、それと共に、粒子状の炭素、灰、および／または一般にＳｉＯ2、Ａｌ2 Ｏ3やＦｅ、Ｃａなどの金属の酸化物、酸硫化物などの種を含有する融解スラグ
も含むことになる。
【０００４】 ガス化反応炉内の高温部分酸化ガスは、一般に１，７００°Ｆ（９２７℃）な
いし３，０００°Ｆ（１６４９℃）にわたる温度になり、より典型的には約２，
０００°Ｆ（１０９３℃）ないし２，８００°Ｆ（１５３８℃）の範囲になり、
圧力は、一般に約１気圧（９８ｋＰａ）ないし約２５０気圧（２４，５００ｋＰ
ａ）の範囲になり、より典型的には約１５気圧（１，４７０ｋＰａ）ないし１５
０気圧（１４，７００ｋＰａ）の範囲になる。
【０００５】 熱電対は、一般に、これらの高温プロセスでの温度を測定するために使用され
る。熱電対は、ガス化反応炉内の温度を測定するのに使用することができる。熱
電対は、流出液が冷却されて微粒子および気状の汚染物質が除去される下流のプ
ロセス・ステップでの温度を測定するのに使用することもできる。
【０００６】 熱電対は、異なる金属のワイヤが対になったものであって、それらの両端が接
続されているものである。これらのワイヤの組成は、その間に電位差が生じるよ
うに、十分に異なるものでなければならない。端部を除き、２本のワイヤは互い
に電気的に絶縁されている。電気絶縁は、一般に絶縁材料の管によってもたらさ
れ、この管は、その長手方向に通る２つの交差していない穴を有するものである
。典型的な絶縁材料は、アルミナなどの高温高純度のセラミックスを含む。
【０００７】 これらのワイヤの２つの接点が異なる温度であるとき、その間には電位差が生
じる。電位差、したがって温度の差は、熱電対回路に配置された電圧測定器によ
って、または熱電対回路に配置されたトランスミッタから送られる信号に基づい
て電圧測定器によって測定することができる。
【０００８】 熱電対に使用される異なる金属としてどれを選択するかは、とりわけ測定が行
われる予想温度範囲に左右される。例えば、ガス化反応炉内で示される条件下で
一般的に使用されうるタイプの熱電対は、白金および約３０％のロジウムを含有
する１本のワイヤと、白金および約６％のロジウムを含有する第２のワイヤとを
有する。異なる温度範囲では、その他の金属の対が使用される。
【０００９】 ガス化プロセスにおける環境、特にガス化反応炉内での環境で熱電対を使用す
ることに関する明らかな一つの問題は、熱電対の寿命が比較的短いということで
ある。この比較的短い寿命は、ある程度において、ガス化反応炉がその動作中に
極めて高温で腐食性の雰囲気になることに起因する。保護されていない熱電対が
この環境に放置されると、急速に侵食されて役に立たないものになる。そのよう
な侵食は、熱電対が反応炉内に存在する融解スラグと接触するときに最も酷くな
りうる。
【００１０】 この問題を多少とも解決するため、熱電対は、一般にガス化反応炉の外壁また
はその他の外部プロセス表面に沿って配置された耐火性の保護管内に挿入される
。耐火性の保護管は、クロム・マグネシア、高クロム、または類似のスラグの抵
抗性材料のバリアを含むものが望ましく、さらに、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ステンレ
ス鋼などその他の耐火性および非耐火性の材料を取り込むことができる。
【００１１】 ガス化反応炉内で使用するとき、保護管は、反応炉圧力容器の外壁の開口を通
すことによって導入できる。次いで保護管は、一般に反応炉圧力容器の内面を覆
うために使用される１種の耐火材料または一連の耐火材料の、対応する開口に通
すことができる。保護管は、反応炉のオープン・スペース内にまで延ばしてもよ
く、または反応炉の内側からわずかな距離だけ引き戻してもよい。
【００１２】 残念ながら、保護管の内側に熱電対を位置決めすることは完全な解決策になら
ない。時間が経つと、融解スラグによって保護管が裂ける。この裂け目は、一般
に、侵食および腐食の作用、ならびに熱および／または機械的な応力が原因であ
る。しかしこの裂け目は、全体的にまたは部分的に、保護管固有の欠点にも起因
する。一般に初めは小さい裂け目によって、融解スラグは保護管に入ることがで
き、そこで熱電対と接触してその熱電対を役に立たないものにする。
【００１３】 したがって、ガス化プロセスで使用される熱電対の寿命を延ばす手段を有する
ことが有益である。
【００１４】 本発明の一態様によれば、改良された装置はガス化プロセス内の温度を測定す
るための熱電対を含む。この改良点には、熱電対の少なくとも一部を包封するサ
ファイア外囲器が含まれる。サファイア外囲器は、熱電対に取り付けられたサフ
ァイア・シースの形でよい。この装置は保護管を含むこともでき、この保護管に
よってサファイア外囲器がもたらされる。
【００１５】 本発明の別の態様によれば、ガス化プロセスの温度を測定するための改良され
た装置は保護管を含み、１つまたは複数の熱電対が設けられている。この改良点
には、少なくとも１つの熱電対の少なくとも一部を包封するためのサファイア外
囲器が含まれる。サファイア外囲器は、熱電対に取り付けられたサファイア・シ
ースの形でよい。保護管は、サファイアからなる少なくとも１つのバリア層を含
むことができ、サファイア外囲器は、サファイアからなるバリア層に相当するも
のである。
【００１６】 （例示的な実施形態の説明） Ｈ2、ＣＯと、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＮＨ3、Ｎ2、Ａｒの群からの少
なくとも１種のガスと、それと共に粒子状の炭素、灰、および／または一般にＳ
ｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3やＦｅ、Ｃａなどの金属の酸化物、酸硫化物などの種を含有す
る融解スラグを実質上含む気状混合物は、一般に、自由流れ下降流垂直耐火物裏
打ち鋼製圧力容器(free-flow,down-flowing vertical refractory lined steel
pressure vessel)の反応ゾーン内で、周知の部分酸化プロセスによって生じる。
そのようなプロセスおよび圧力容器の例が、共に譲渡された米国特許第２，８１
８，３２６号に示され記載されており、これを参照により本明細書に組み込む。
このようなプロセスでは、部分酸化ガス(partial oxidation gas)は一般に冷却
および追加の精製ステップにかけられることになり、そこで粒子状の汚染物質、
気状の汚染物質、および水蒸気が除去される。
【００１７】 このようなプロセスから生成された部分酸化ガスは、化学組成および意図され
る最終用途に応じて一般に合成ガス、燃料ガス、または還元ガスと呼ばれる。本
明細書では、総称的な部分酸化ガスはこれらの可能性の全てを包含するとみなす
。
【００１８】 部分酸化ガスの生成に使用される供給物は、炭化水素性燃料を含む。様々な適
切な供給原料を記述するために本明細書で使用する「炭化水素性」という用語は
、気状、液状、および固体の炭化水素、炭素質材料、およびこれらの混合物を含
むことが意図される。実際に、実質上可燃性のどの炭素含有有機材料も、あるい
はそのスラリも、「炭化水素性」という用語の定義の範囲内に含めることができ
る。例えば、（１）水、液体炭化水素燃料、これらの混合物などの蒸発性液体キ
ャリア中に分散された粒子状炭素などの、圧送可能な固体炭素質燃料のスラリと
、（２）霧状にされた液体炭化水素燃料や温度調節用のガスに分散された粒子状
炭素などの、気−液−固分散剤がある。
【００１９】 適切な液体供給原料について記述するために本明細書で使用する「液体炭化水
素」という用語は、液化石油ガス、石油留出物および残滓、ガソリン、ナフサ、
ケロセン、原油、アスファルト、軽油、残油、タール・サンド油およびけつ岩油
、石炭から誘導された油、芳香族炭化水素（ベンゼンやトルエン、キシレンの留
分など）、コール・タール、流体触媒クラッキング操作からのサイクル・ガス・
オイル（ｃｙｃｌｅ ｇａｓ ｏｉｌ）、コーカ・ガス・オイル（ｃｏｋｅｒ
ｇａｓ ｏｉｌ）のフルフラール抽出物、これらの混合物などの、様々な材料を
含むことが意図される。
【００２０】 適切な気状の供給原料について記述するために本明細書で使用する「気状炭化
水素」には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、天然ガス、コーク
ス炉ガス、精油所ガス、アセチレン・テール・ガス（ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｔａ
ｉｌ ｇａｓ）、エチレン・オフ・ガス（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｆｆ−ｇａｓ）
、およびこれらの混合物が含まれる。
【００２１】 適切な固体供給原料について記述するために本明細書で使用する「固体炭化水
素燃料」には、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭の形の石炭；亜炭；コークス；石炭の
液化から誘導される残渣；泥炭；オイル・シェール；タール・サンド；石油コー
クス；ピッチ；粒子状炭素（すすおよび灰）；排水などの固体炭素含有廃棄物；
およびこれらの混合物が含まれる。
【００２２】 固体、気状、および液状の供給物は、同時に混合して使用することができ、こ
れらの供給物にはパラフィン、オレフィン、アセチレン、ナフテン、および芳香
族の化合物が任意の割合で含まれる。また「炭化水素性」という用語の定義の範
囲内には、炭水化物、セルロース材料、アルデヒド、有機酸、アルコール、ケト
ン、酸素添加燃料油、酸素添加炭化水素性有機材料を含有する化学プロセスから
の廃液および副生成物、およびこれらの混合物を含む、酸素添加炭化水素性有機
材料も含まれる。
【００２３】 ガス化反応炉の反応ゾーンでは、必要であれば温度調節剤の存在下、炭化水素
性燃料と遊離酸素含有ガスを接触させる。反応時間は、典型的には約１ないし１
０秒の範囲であり、好ましくは約２ないし６秒の範囲である。反応ゾーンでは、
内容物を一般に約１，７００°Ｆ（９２７℃）ないし３，０００°Ｆ（１６４９
℃）の範囲の温度に到達させ、より典型的には約２，０００°Ｆ（１０９３℃）
ないし２，８００°Ｆ（１５３８℃）の範囲の温度に到達させる。圧力は、典型
的には約１気圧（９８ｋＰａ）ないし約２５０気圧（２４，５００ｋＰａ）の範
囲になり、より典型的には約１５気圧（１，４７０ｋＰａ）ないし約１５０気圧
（１４，７００ｋＰａ）の範囲である。部分酸化ガスが下流に進むにつれて、こ
のガスが様々な冷却ステップ、洗浄ステップ、およびその他のステップにかけら
れるとこの流れの温度は低下する。
【００２４】 本発明によれば、温度は、ガス化プロセス中の様々な位置で、共に使用される
サファイア外囲器を有する熱電対によって測定することができる。とりわけ本発
明の様々な実施形態によるサファイア外囲器を使用することによって、熱電対の
耐用寿命が従来の熱電対以上に長くなるという利点がある。その様々な実施形態
で、サファイア外囲器は、このサファイア外囲器が共に使用される熱電対の少な
くとも一部を包封する。サファイア外囲器の使用は、この外囲器を、ガス化反応
炉内の温度を測定するように位置決めされた熱電対と共に使用するときに特に有
利であり、その理由は、反応炉内では高温、融解スラグ、および腐食剤の有害な
影響を最も受け易いからである。
【００２５】 本発明の一実施形態で、サファイア外囲器は、熱電対の少なくとも一部に取り
付けられたサファイア・シース２４の形で明示される。図１に示すこの実施形態
では熱電対１０が提供される。熱電対１０は、１対のワイヤ１２および１４から
なる。ワイヤは、熱電対を熱源にさらすときにワイヤ間に電位差が生じ得るよう
に、異なる金属含有量を有している。例えばこれらのワイヤは、両方ともその主
要な成分(substituents)として白金およびロジウムを含有することができ、ただ
しこの白金とロジウムの成分量はそれぞれのワイヤで異ならせている。これらの
ワイヤのうち１本は約３０％のロジウムを有し、他方のワイヤは約６％のロジウ
ムを有することが好ましい。どちらのワイヤも、残りは主として白金である。
【００２６】 ワイヤ（素線）は、熱接点１６および冷接点１８で互いに接合されている。ガ
ス化反応炉の温度を測定するために使用するとき、熱接点１６は熱源により近く
位置決めされるので、「熱」および「冷」という用語を使用する。熱端部での温
度を表す２本のワイヤの電位差が測定される。どのように電位差を測定するかは
重要ではない。実際に、電位差を測定するための様々な手段が当業者に知られて
いるからである。これらのどの方法も、本発明で使用することができる。例えば
、熱電対回路に電圧計を配置することができる。あるいは、好ましくは、冷接点
１８が温度トランスミッタに設けられる。次いで温度トランスミッタで発生した
信号を、信号転送手段２０によって制御室またはその他の場所に中継することが
できる。
【００２７】 熱接点および冷接点を除き、２本のワイヤ１２および１４は全て互いに電気的
に絶縁される。どのように絶縁するかは重要でないが、この実施形態では、高耐
熱高純度のセラミック管によって電気絶縁２２がもたらされる。このようなセラ
ミック管は、例えばアルミナで作製することができる。
【００２８】 ガス化反応炉の温度を測定するために、この点に関して開示されている熱電対
を単独で、または一般的な保護管と組み合わせて利用するとしたら、熱電対は、
先に述べたように、反応炉内に存在するスラグおよびその他の有害な材料によっ
て比較的急速に損なわれるだろう。このため、この実施形態では、熱電対の少な
くとも一部に取り付けられるようにサファイア・シース２４を設ける。サファイ
ア・シース２４は、実質上、スラグおよびガス化プロセスのその他の生成物から
の侵食に対する抵抗力がある。したがって、改良されたサファイア・シース２４
を含む完成された熱電対は、熱接点１６に隣接する遠位端２６を有すると見るこ
とができる。
【００２９】 サファイア・シース２４は、少なくとも熱接点１６を包封することが必要であ
る。後で詳述するように、好ましくは、サファイア・シース２４は、融解スラグ
がサファイア・シース２４の上部に達する前に、この融解スラグが冷却されてほ
とんど流れない状態に到達するように、あるいは裂け目が形成される場合であっ
てもサファイア・シース上のどこか他の点で形成されるように、十分な長さとす
る。
【００３０】 この実施形態では、サファイア・シース２４は実質上、熱電対の遠位端２６に
対応している密閉端と、開放端２８とを有する管状であり、開放端２８の開口は
、２本のワイヤ１２および１４と、このワイヤを取り囲んで絶縁する電気絶縁２
２とからなる既存の熱電対を受容しかつその熱電対に取り付けることができるも
のである。この実施形態の変形例では、サファイア・シース２４の密閉端にサフ
ァイアの厚みを増加するプラグ３０が設けられている。この付加プラグ３０によ
り、スラグがサファイア・シース２４に浸透するのにかかる時間が引き延ばされ
る。拡大プラグ３０がその最も単純な形で存在することにより、このシースの密
閉端の方をその側部より厚くすることができる。
【００３１】 この実施形態で、サファイア・シース２４は、既存の熱電対の一部のみに取り
付けられ、かつ覆っている。開放端２８は、電気絶縁２２の表面に合致するよう
に取り付けられるべきである。サファイア・シース２４を良好な状態で取り付け
るため、電気絶縁２２に巻き付けるかまたはシース２４の内面を覆う白金箔を使
用できることも可能である。他の実施形態で、サファイア・シース２４を、既存
の熱電対の実質上全てではないとしても、より広い部分にわたって延長し、覆う
ように構成することができる。その他の実施形態では、サファイアを使用して、
２本のワイヤを電気絶縁すると共にこれらのワイヤにシースを付けることもでき
る。このような実施形態では、サファイア・シース２４と電気絶縁２２は共にサ
ファイアからなる。
【００３２】 本発明の他の実施形態で、サファイア・シース２４を有する開示された熱電対
のいずれか１つは、保護管と組み合わされていることが有利である。組み合わさ
れた装置を使用して、ガス化プロセスの温度、特にガス化反応炉内の温度を測定
することが有利である。一般的に使用され、または当業者によってその後開発さ
れるどのような保護管も使用することができる。このような保護管は、クロム・
マグネシア、高クロム、または類似のスラグ抵抗性材料のバリアを含み、Ａｌ2
Ｏ3、ＭｇＯ、ステンレス鋼などのその他の耐火性および非耐火性材料を組み入
れることができる。
【００３３】 図２で本発明の熱電対と組み合わされた状態が示されている好ましい保護管で
ある。この保護管は内部保護管６２と外部保護管６４とからなる。内部保護管６
２は、アルミナやマグネシアなどの、高密度低多孔率の耐火物から形成すること
ができる。次いでキャスタブル耐火性材料、典型的には高密度低多孔率の耐火物
を内部保護管６２の周りに流し込み、凝固させて、内部保護管６２の開口以外の
全ての周りに外部保護管６４が形成されるようにする。このキャスタブル高密度
低多孔率の耐火性材料は、酸化クロムまたはクロミア・マグネシアからなること
が好ましい。
【００３４】 この実施形態では熱電対１０を保護管に挿入するが、まず遠位端２６を挿入す
る。熱電対１０はフランジ付きレジューサ７６を通過して、フランジ付きレジュ
ーサ７６と接触しかつはめ合う状態で保護管に入る。熱電対１０の遠位端２６は
、保護管の先端部６６に隣接して位置決めされる。保護管の先端部６６の内面と
熱電対の遠位端２６との間には、約０．１２５インチ（３．１８×１０-3ｍ）な
いし約０．２５インチ（６．３５×１０-3ｍ）の隙間が維持されることが好まし
い。
【００３５】 熱電対１０のワイヤ１２および１４の上流端は、シースが電気絶縁２２と同一
に延長されている場合、電気絶縁２２、および／またはサファイア・シース２４
の後端を通過して延びている。ワイヤは、圧力封止継手７０を貫通する。圧力封
止継手７０は、取外し可能なフランジ７４とはめ合うブッシング７２と接触する
。フランジ７４は、圧力容器ガス化反応炉の外部鋼壁４０とはめ合うフランジ・
レジューサ７６とかみ合っている。
【００３６】 熱電対１０および保護管アセンブリは、ボルト締めまたはクランプによって、
フランジ７４と共にフランジ・レジューサ７６の所定位置に保持され、同様にボ
ルト締めまたはクランプによってフランジ・レジューサ７６と共に、圧力容器ガ
ス化反応炉の外部鋼壁４０に保持される。２つの別個の接続を用いることによっ
て、保護管を取り外すことなく熱電対１０を取り替えることができ、その効率が
上がる。フランジをはめ合わせる代わりに、ねじ山付きのキャップおよびノズル
またはその他の接続手段を使用することができる。
【００３７】 熱電対１０が取り付けられた、または取り付けられていない保護管は、引き続
き真っ直ぐに圧力容器ガス化反応炉の鋼壁４０の穴を通過し、次いで圧力容器内
の壁を覆う耐火物４２に位置合せされている穴を通過する。保護管の先端部６６
は、圧力容器反応炉の内側鋼壁を覆う耐火物４２の面から約０．２５ないし約０
．７５インチ（０．０１９ｍ）引き込まれるように、好ましくは０．５インチ（
０．０１２７ｍ）引っ込むように位置決めされることが好ましい。保護管の先端
部６６が耐火物４２の面と同一平面もしくは耐火物４２の面を越えるように位置
決めされるときと比較して、その侵食速度は遅くなる。
【００３８】 ガス化反応炉内に位置決めされた熱電対１０および保護管アセンブリは、スラ
グに対する抵抗力が増すことが示される。ガス化反応炉内では、圧力容器反応炉
の内側鋼壁を覆う耐火物４２の内壁表面に、融解スラグ５０が付着する。融解ス
ラグ５０は保護管に向かって移行する。先に述べたように、時間が経つにしたが
って、侵食および腐食の作用、ならびに熱および／または機械的応力により、保
護管の先端部６６に小さい裂け目が生じる可能性がある。裂け目が生じると、融
解スラグ５０がクール・スポットに向かって動きながら裂け目の中を移行し、内
部保護管６２に入り、それによってサファイア・シース付きの熱電対と接触する
。サファイア・シース２４によって、ワイヤ１２および１４と熱接点１６が融解
スラグ５０およびその破壊的な作用から保護される。融解スラグ５０は、このス
ラグの流れがわずかであるか無い状態に達する点に冷却されるまで、内部保護管
６２の内部へと移行し続ける。このためサファイア・シース２４は、スラグがサ
ファイア・シース２４の開放端２８に達する前に、融解スラグ５０が熱平衡に達
し、冷却され、かつ流れがほとんど無い状態に達することもしくはサファイア・
シースのどこか他の点で裂け目が形成されることの一方が生じるように、十分な
長さのものであるべきである。侵食および腐食の作用、ならびに熱および／また
は機械的応力によって保護管の先端部６６全体が除去される場合、この第２の可
能性が初めに生じると考えられる。この現象が生じると、サファイア・シース２
４は、ガス化反応炉内で侵食および腐食の完全な作用を受けるようになる。最終
的には裂け目がサファイア・シース２４に形成される。ワイヤ１２および１４と
熱接点１６が保護されていないと、熱電対１０は破損する。サファイア・シース
２４に関して適切な長さを選択することは、温度およびガス組成を含めたその特
定のプロセスの特徴に関する知識とこの開示の利益とを有する当業者の技能の範
囲内である。
【００３９】 その他の実施形態では、１つまたは複数、好ましくは３つの熱電対が、少なく
とも対応する数の内部保護管６２を有する保護管に挿入される。そのような好ま
しい実施形態では、１つまたは複数の熱電対の遠位端が、保護管の長さに沿った
異なる点に位置決めされることが有利である。この配置構成では、熱電対と保護
管の交換の時間が長くなる。例えば合計で３つの熱電対が使用される実施形態で
は、最終的に保護管を浸透するスラグが、まず先端部６６に最も近接して位置決
めされている熱電対に到達する。この熱電対は、その後破損する。その後スラグ
が第２および第３の熱電対に達して破損するまで、さらに時間がかかる。したが
ってこのプロセスは、中断する必要なしにより長く実行することができる。第２
および第３の熱電対によってもたらされる正確さは第１の熱電対ほど良好ではな
いが、第２および第３の熱電対の読みは第１の熱電対が破損する前に集めたデー
タに基づいて補正することができるので、この相違によってプロセス制御には問
題が生じない。
【００４０】 その他の実施形態で、サファイア外囲器は、全体的にまたは部分的にサファイ
アで製作された保護管を利用することによって得ることができる。このような保
護管は、保護管の全体にわたって混合されたサファイア、好ましくはサファイア
・ファイバの形のものを有することができる。このような保護管は、サファイア
からなる少なくとも１層の実質上連続的なバリア層を有してもよい。これらの保
護管は、別個のサファイア・シースを持たない熱電対と共に使用することができ
る。あるいはこれらの保護管は、サファイア・シース付きの熱電対と共に使用す
ることができる。サファイアからなる少なくとも１層の実質上連続的なバリア層
を有する保護管の例示的な一実施形態では、保護管の内部保護管６２をサファイ
アで形成することができる。
【００４１】 その他の実施形態で、サファイア・シースを有する熱電対は、ガス化プロセス
の温度を測定するために保護管なしで使用することができる。しかし、この代替
例は、熱電対が融解スラグに曝される可能性がある場合には好ましくない。サフ
ァイアでシースが付けられた熱電対は、ガス化反応炉内の侵食および腐食の完全
な作用に対してサファイア・シールドを持たない熱電対よりも長い時間耐えられ
るが、保護管と共にサファイア・シールドを有する熱電対を使用することによっ
て、そのように使用される熱電対の寿命がめざましく長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様により製造された熱電対を示す図である。
【図２】 本発明の一態様により熱電対および保護管が設置された状態の、ガス化反応炉
の壁の一部を示す部分断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 パウエル，デイビッド・エル・ジュニア アメリカ合衆国・67010・カンザス州・オ ーガスタ・イースト クラーク アベニ ュ・330 Ｆターム(参考） 2F056 BP07

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス化プロセスの温度を測定するための熱電対を含む装置に
    おいて、 前記熱電対の少なくとも一部を包封するためのサファイア外囲器を含む装置。
  2. 【請求項２】 前記熱電対が、熱接点により一端で共に接合され冷接点によ
    り他端で共に接合されるがその他は絶縁管によって互いに電気的に絶縁された、
    金属含有量の異なる１対のワイヤにより構成され、サファイア外囲器が、閉じた
    遠位端および開放端を有するサファイア・シースであり、前記開放端が、熱接点
    および少なくとも絶縁管の一部に取り付けられている請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 保護管が前記熱電対を取り囲とともにサファイアからなる少
    なくとも１層のバリア層を含む請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 保護管が前記熱電対を取り囲むとともにサファイアからなる
    内部保護管および外部保護管を含み、前記サファイア外囲器が前記内部保護管を
    含む請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 ガス化プロセスが垂直自由流れ耐火物裏打ち円筒鋼製圧力容
    器を反応炉として使用し、サファイア・シース内に取り付けられた熱電対が、フ
    ランジ付きレジューサを貫通して、前記フランジ付きレジューサに接続された保
    護管に入ることによってガス化反応炉内に設置され、保護管が、まず圧力容器の
    鋼壁の穴を通過し、次いで圧力容器の内側の壁を覆う耐火物に位置合せされた穴
    を通過することによってガス化反応炉内に設置される請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 保護管をさらに含み、前記保護管が前記熱電対を取り囲み、
    前記保護管が内部保護管および外部保護管を含む請求項２に記載の装置。
  7. 【請求項７】 内部保護管がアルミニウムからなる請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 内部保護管がサファイアからなる請求項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 熱電対が、ガス化プロセスの周囲圧力を受ける請求項１に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】 測定される温度が約１，７００°Ｆ（９２７℃）ないし約
    ３，０００°Ｆ（１６４９℃）にわたる請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ワイヤ対が、白金、ロジウム、またはこれらの混合物から
    なる請求項２に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 絶縁管がアルミナからなる請求項２に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 絶縁管がサファイアからなる請求項２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 ガス化プロセスの温度を測定するための装置であって、前
    記ガス化プロセスが垂直自由流れ耐火物裏打ち圧力容器を含む反応炉を使用し、
    前記装置が保護管と１つまたは複数の熱電対を含み、 前記１つまたは複数の熱電対は独立に、一端で共に接合された熱接点と他端で
    共に接合される冷接点を備え、前記熱接点と冷接点との間は絶縁管によって互い
    に電気的に絶縁された、金属含有量の異なる１対のワイヤを含み、 少なくとも１つの熱電対の少なくとも一部を包封するためのサファイア外囲器
    を含む装置。
  15. 【請求項１５】 サファイア外囲器が、閉じた遠位端と開放端を有するサフ
    ァイア・シースであり、前記開放端が、熱接点と、熱電対の絶縁管の少なくとも
    一部に取り付けられている請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記保護管が、サファイアからなる少なくとも１層のバリ
    ア層を含み、前記サファイア外囲器が、サファイアからなる少なくとも１層のバ
    リア層を含む請求項１４に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記保護管が内部保護管および外部保護管を含み、前記内
    部保護管がサファイアからなり、前記サファイア外囲器が前記内部保護管を含む
    請求項１４に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記保護管が、まず圧力容器の鋼壁の穴を通過し、次いで
    圧力容器の内側の壁を覆う耐火物の位置合せされた穴を通過することによって反
    応炉内に設置され、１つまたは複数の熱電対が、フランジ付きレジューサを貫通
    し、前記フランジ付きレジューサに接続された保護管に入ることによって反応炉
    内に設置される請求項１４に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記保護管が熱電対を取り囲み、前記保護管が内部保護管
    および外部保護管を含む請求項１５に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 内部保護管がアルミナからなる請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 内部保護管がサファイアからなる請求項１９に記載の装置
    。
  22. 【請求項２２】 前記保護管が１つまたは複数の内部保護管を有し、内部保
    護管の数が熱電対の数に少なくとも等しく、１つまたは複数の保護管の遠位端が
    、保護管の長さに沿った異なる点に位置決めされる請求項１４に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 １つまたは複数の熱電対が、ガス化プロセスの周囲圧力を
    受ける請求項１４に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 測定される温度が約１，７００°Ｆ（９２７℃）ないし約
    ３，０００°Ｆ（１６４９℃）にわたる請求項１４に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 ワイヤ対が、白金、ロジウム、またはこれらの混合物から
    なる請求項１４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 絶縁管がアルミナからなる請求項１４に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 絶縁管がサファイアからなる請求項１４に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 金属含有量の異なる１対のワイヤを含む熱電対であって、
    熱接点により一端で共に接合され冷接点により他端で共に接合されるがその他は
    絶縁管によって互いに電気的に絶縁された１対のワイヤを含み、閉じた遠位端お
    よび開放端を有するサファイア・シースをさらに含み、前記開放端が熱接点と、
    絶縁管の少なくとも一部に取り付けられている熱電対。
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