JP2003532789A - 耐熱圧力容器 - Google Patents

耐熱圧力容器

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JP2003532789A JP2001583119A JP2001583119A JP2003532789A JP 2003532789 A JP2003532789 A JP 2003532789A JP 2001583119 A JP2001583119 A JP 2001583119A JP 2001583119 A JP2001583119 A JP 2001583119A JP 2003532789 A JP2003532789 A JP 2003532789A
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Abstract

(57)【要約】 炭素系材料をガス化する反応装置は１つ以上の耐熱材料の内側ライニングと、耐熱ライニング好ましくは圧力容器をライニングする腐食抵抗被覆を取巻く圧力容器と、圧力容器を実質的に被覆する熱伝達流体を循環させ圧力容器壁の温度と好ましくは休止中のライニングの温度とを制御する１つ以上の通路とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は炭素系材料をガス化するための耐熱性容器に関し、さらに詳細には容
器の壁構造と温度制御装置に関する。
【０００２】 関連の発明は、「低価値ハロゲン化材料から１つ又は複数の有用製品を製造す
る方法と装置」、ＰＣＴ国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／９８／２６２９８、１９９９年
７月１日発行、国際公開番号ＷＯ９９／３２９３７の、先行特許出願を含んでい
る。このＰＣＴ出願は、種々の化学的製造方法から生産されるようなハロゲン化
材料、特に副産物及び廃棄物の塩化された炭化水素から実質的に構成されている
供給材料を、ガス化反応装置における部分酸化改質処理を介して１つ又は複数の
“高価値製品”に変換するための、方法と装置を開示している。
【０００３】 ガス化はこの点において、副産物及び廃棄物の炭素系材料を消費しこれから有
用でさらに価値のある製品を生産するための周知の技術である。上記の関連出願
は、液体熱酸化設備において卓越して処理された特定等級の炭素系材料−すなわ
ちハロゲン化された材料そして特に副産物及び廃棄物の塩化炭化水素の処理に対
する新しい方法を提供している。本発明の耐熱性圧力容器は特にこの点に関し有
用であると考えられるが、しかしまた他の炭素系材料のガス化においても実用性
が見られる。
【０００４】 ガス化は低い経済コスト、減少された排出物、及び最高の化学的価値の供給材
料流れ成分の捕捉を含む液体熱酸化に対しいくつかの潜在的な利点をもたらす。
ハロゲン化された炭素系材料を処理する点に関して、ガス化はまた他の競合する
ハロゲン化材料廃棄物処理技術よりも（すなわち液体熱酸化よりも）、ガス化が
著しく広範囲の受け入れられる原料合成物に対して作動するのに適している点で
、さらに適応性がある。
【０００５】 特にハロゲン化された材料のためのガス化処理の例示実施態様は図１の図示の
ブロック流れダイヤグラムに関連して以下に検討される。ガス化処理の中で、ガ
ス化は典型的には部分酸化状態で、すなわち過剰の水素を有するほぼ理論的な酸
素対燃料の比で、生じる。反応温度は典型的には１２００℃より高く、さらに典
型的には１４００℃より高く、また反応圧力は典型的には５バールゲージ（５×
１０5 Pa）である。これらの条件においてハロゲン化された有機材料のハロゲン
化物含有量はその気体相の水素ハロゲン化物形式に変換しなければならない。
【０００６】 ハロゲンのハロゲン化物は一般にガス相と凝縮された水性相とにおいて非常に
腐食性である。水素ハロゲン化物に接触する構造の大概の材料の乾燥ガス相腐食
速度は温度とともに指数的に増大する。材料に対する水性水素ハロゲン化物腐食
速度もまた温度とともに増大するが、酸素又は酸化金属塩類の存在によって一層
悪化される。水素ハロゲン化物の侵食性はしたがって、一例として、ガス化反応
装置のための安全で信頼性のある圧力容器の設計において特別の注意が必要であ
ることが強調される。
【０００７】 ハロゲン化された供給材料に比べて炭化水素系のガス化の分野においては、２
つの主要な耐熱容器の設計が用いられてきた。図３に示される“熱壁”設計は１
つ又は複数の耐熱物の層、例えば熱面２０、絶縁耐熱物２２、セラミック繊維紙
２４及び任意に成形可能な又は可塑性の耐熱物２６を使用しており、この耐熱物
の層は反応室Ｃからテフロン（登録商標）ライニング（内張り）の又はハステロ
イ合金Ｂ−２（ＩＤ）でライニングされた炭素鋼の殻体とすることのできる外側
容器壁２８への熱伝達を集積して簡単に制限し、また最終的に大気Ａへの熱損失
を制限している。この設計は容器壁の温度自体を制御する積極的な手段を設けて
いない。その結果、容器壁の温度は作動条件、耐熱物の完全性及び周囲の状態に
より広く変動することになる。本発明の１つの形態は、主として積極的な壁温度
制御を欠如するためハロゲン化された有機材料に用いるには特に適当でない設計
とこの制御によってもたらされる容器壁のハロゲンハロゲン化物に関連する腐食
に関する影響を見出すことにより、この設計を改良することである。
【０００８】 炭化水素系材料のガス化のための耐熱壁構造に用いられる第２の設計、すなわ
ち内側“膜壁”の設計が図４に示されている。この内側“膜壁”設計もまた圧力
容器２８の内部に配置されたいわゆる膜３４の内部に耐熱物２０，２２，２４及
び随意に２６の１つ又は複数の層を使用している。この膜は流体の熱制御物質３
６を循環させるため任意の数の導管又は通路３８（通常はチューブ）で構成され
ている。膜は任意の種々の材料の構造とすることができる。熱伝達流体が膜の導
管を通って流れ反応室Ｃから熱を吸収し、それにより容器壁の温度を制限する。
容器壁温度に関する制御の手段を提供する内部膜システムは苛酷な環境では高い
コストの構造と保守を含む他の欠点を有している。この内部膜の設計は圧力容器
壁への処理ガスの移動を最小にするためには“気体密”の設計が望まれる場合は
さらに複雑となる。本発明の１つの形態は炭素系材料、特にハロゲン化された材
料のガス化反応装置のためこの内部膜の設計を改良しそれにより１つ又は複数の
水素ハロゲン化物が得られるようにするものである。この内部膜の設計は構造と
保守の両面において不適当に複雑かつ高価となり、この形態は苛酷な水素ハロゲ
ン化物ガス化の環境での使用にとって特に重大である。
【０００９】 被覆技術が公知である。このような技術は例えば、R.E. Markovitz, Chafter
: Heat Transfer : Jacketed Vessels in Heat Transfer Design Methods, ed.
J.J. McKetta, Marcel Dekker, 1991; W.R. Penney, Section 3.14 (3.14.1, .2
and .3) in : Hemisphere Handbook of Heat Exchanger Design, G.F. Hewitt,
ed. 1981; I.H. Lehrer,“Jacket-Side Nusselt Number”, IEC Proc. Des. De
v., 9 No. 4, pp 553-558, 1970; J.A. Kaferle, Jr.“Calculating Pressures
for Dimple Jackets”, Chem. Engr., pp 86, November 24. 1975 に、記載され
ている。しかし、被覆された反応装置への従来の適用は反応装置自体、多くは液
体相反応装置への又は反応装置からの熱伝達を制御し反応装置自体又は容器の内
容物の温度を制御することを目指すものであった。上記のものに対し、本発明の
設計は炭素系材料そして特にハロゲン化された材料のガス化に用いるための被覆
された反応装置を教示するものである。本発明の温度−制御被覆（ジャケット）
つきガス化反応装置は反応装置の内容物自体の大量の温度を制御するようには構
成され又は設計されていない。むしろこの被覆設計の機能は、圧力容器の壁と用
いられた場合の被覆との温度を反応室とその内容物自体の温度とは別に本質的に
は独立して実質的に正常作動レベルの温度以下に制御し及び制限することである
。
【００１０】 したがって、現在のガス化方式は典型的には、予測される腐食条件のための適
当な材料もしくはライニングによる“熱壁”の概念又は反応装置システムを介す
る圧力容器壁への熱損失を処理するための“膜壁”を使用しているが、本発明は
これら機能の両方を有ししかも多くの点で独特のものである。この新しい外側が
被覆された反応装置は壁温度の制御のため熱伝達流体が循環するよう設計され、
作動中の冷却とまた好ましくは休止時間中の加熱とを含んでいる。この壁温度制
御システムは最高の又は高い壁温度を制限しそれにより熱い乾燥ガスによる腐食
を制限することができる。高レベルの水素ハロゲン化物が上記引用の関連ＰＣＴ
出願による処理において意図されまたＨＣのような材料の気体相腐食速度が温度
とともに指数的に増すため、抑制された壁温度制御が非常に重要である。
【００１１】 高い壁温度は、高い周囲の温度、高い内部のガス化作用温度又はガスが容器壁
に接触するような浸透もしくは“迂回”によって、生じる。これらの“熱点”は
大きな、耐熱物が内張り（ライニング）された容器においては珍しいことではな
い。これらの理由のため、上記のような簡単な熱壁設計は長期のガス化装置の使
用には劣っていると考えられる。さらにまた、壁温度制御は、ガス化装置、特に
ハロゲン化された材料のためのガス化装置にとって待機、始動、性能低下又は作
動休止の運転の間は極めて重要となる。本発明の壁温度制御はまた好ましくは特
に水素ハロゲン化物の冷い又は湿った水性の酸の凝縮を阻止するように設計され
る。水性の酸又は水素ハロゲン化物は非常に腐食性である。この凝縮を阻止する
ことは構造の大概の材料の最適の腐食制御にとって重大である。従来技術の熱壁
又は内部膜システムを用いる時、これらの“冷却”条件が、冷い周囲条件、沈殿
により、又は高い熱損失（例えばバーナー、圧力容器頭の）により特徴づけられ
る局部の冷却点において、生じる。抑制された壁温度制御はしたがってまた湿っ
た水性の水素ハロゲン化物の凝縮とこれに関連する腐食とを阻止するのに極めて
重要である。
【００１２】 本発明のこの新しい被覆された容器構造はまた膜の設計に本来備わっている割
れ目と応力点に関する問題をなくする。膜の設計は典型的には曲げられ溶接され
た管又は通路から組立てられる。この曲げ、組立て及び溶接工程は必然的に残留
材料応力を生じ、また若干の割れ目を有するようにする。これらの高い応力の領
域と割れ目は膜材料に高い局部的な腐食速度を生じることになる。温度制御のた
めに外側が被覆された耐熱圧力容器は内部膜設計の圧力容器に比べてさらに簡単
で安価な構造と保守計画をもたらしまたより大きな信頼性を保証する。内部膜の
壁は多くのパネル又は構成要素が圧力容器の内部で組立てられることを必要とす
る。将来の修理を可能にするため、これらの部材は典型的には容器の人道を通過
するに十分に小さく組立てられる。内部膜設計はしたがって極めて複雑であり、
全ての耐熱物の重量を支持するための適当な強度を必要としまたこれが耐熱物、
膜壁及び圧力容器殻体の間の熱成長差を可能にしなければならない点でさらに複
雑となる。外側温度制御被覆の容器によってより均一な壁温度を達成するのが可
能となることにより、熱成長差は最小にすることができる。
【００１３】 さらに、圧力容器貫通孔の数は内部膜壁設計に比べて外側温度−制御被覆反応
装置設計により制限される。内部膜壁は冷却剤の流入と流出のための多数のノズ
ルを必要とする。これらの容器壁の貫通孔は圧力容器にとって応力と割れ目の腐
食の望ましくない個所をもたらす。これに対し、外側温度制御ジャケットつき圧
力容器により可能となる平滑な簡単の内部形状は、広範囲の材料で簡単かつ経済
的に被覆し、ライニングし、又は塗布することができる。
【００１４】 さらにまた、外側温度制御ジャケット設計システムは露出された表面を横切っ
てより均一な温度（したがってより良好な腐食制御）をもたらすようになるため
、外側温度制御ジャケット反応装置の設計は、内部膜壁設計の後側にガス空間又
は室を必要とするもののような、不活性ガスの浄化の必要性を減少することがで
きる。これらの浄化は望ましくないガスの希釈剤である。
【００１５】 本発明は炭素系材料、そして特にハロゲン化された材料をガス化するための反
応装置を具備する。この反応装置は、反応室を区画形成する１つ又は複数の耐熱
材料の内側ライニングと、耐熱ライニングと反応室とを包囲する圧力容器と、圧
力容器の周りに区画形成され包囲された反応室を実質的に取巻き又は包囲し熱伝
達流体が通過して循環する１つ又は複数の通路とを含んでいる。この１つ又は複
数の通路とまた好ましくはライニング壁の温度は制御することができる。作動上
は、反応室の温度が高い時、循環装置は容器壁を冷却し又は容器壁の温度を一定
の所望限界以下に保持するよう作動される。反応装置が運転されていない時、循
環装置は反応室ライニングを最低の所望温度以上に加熱するよう作動することが
できる。好ましくは圧力容器をライニングする腐食抵抗被覆が内装されている。
【００１６】 本発明は耐熱材料でライニングされた第１の圧力容器を具備する反応装置にお
けるハロゲン化された材料を含む炭素系の供給材料をガス化する方法を含み、こ
の方法は、炭素系供給材料と酸素を反応装置に低い条件のもとに供給し合成ガス
を含む生産物を生産する段階と、第１の圧力容器の壁と外側で接触する熱伝達流
体を循環させこの流体が外側の反応装置壁を実質的に反応装置の作動温度より低
い、好ましくは約１５０℃から２５０℃の範囲の目標レベルより低い少なくとも
外側の第１圧力容器壁の部分を超える温度に保持する段階とを含んでいる。
【００１７】 本発明のより良好な理解は添付図面と関連する好ましい実施態様の以下の詳細
な記載が考察された時に得られるものとなる。
【００１８】 本出願人の関連ＰＣＴ出願（“低価ハロゲン化材料から１つ又は複数の有用生
産物を製造する方法と装置”、１９９９年７月１日発行、ＰＣＴ国際出願ＰＣＴ
／ＵＳ／９８／２６２９８、国際公開番号ＷＯ９９／３２９３７）にさらに詳細
に記載されている型のハロゲン化材料のための好ましいガス化処理の実施態様が
以下に簡単に記載され、本発明の主要な適用例を提供する。このガス化処理は図
１のブロックフローダイヤグラムに示されるように、多数の主処理領域からなる
ものとして見ることができる。 （１）ガス化 ２００ （２）急冷 ３００ （３）粒子除去及び回収 ３５０ （４）水性ＨＣｌ回収及び浄化 ４００，４５０ （５）合成ガス処理 ７００ 以下の記載のため製造された水素ハロゲン化物はＨＣｌであると仮定する。
【００１９】 さらに詳細には図２Ａと２Ｂに示されている好ましい実施態様のガス化領域２
００は２つの反応容器Ｒ−２００及びＲ−２１０とそのハロゲン化材料、典型的
にはＲＣｌ’ｓを改質するのが主目的の補助装置とからなっている。この実施態
様では、ハロゲン化された供給材料（流れ１４４）が主反応装置Ｒ−２００の中
に酸素２９１と水蒸気２９３と共に噴霧化される。苛酷なガス化環境でＲＣｌ又
は同様な成分が部分的に酸化され、一酸化炭素、塩化水素、水素、及び低量の水
蒸気と二酸化炭素に変換され、微量の他の物質はすす（本質的にはカーボンであ
る）を含んでいる。Ｒ−２００からの生産物は好ましくは第２の反応装置Ｒ−２
１０に流入し、ここで全反応が完了し、それにより全てのハロゲン化物種を高い
効率で生産しまたすすのような望ましくない副産物が最小となるようにする。
【００２０】 熱い乾燥ガスと凝縮した液体としての水素ハロゲン化物又はＨＣｌの腐食性の
ため、反応容器殻体と接続導管は本発明により以下にさらに十分に述べられるよ
うに、好ましくは“被覆”される。この被覆は図２Ｂに一部が示されている閉鎖
熱伝達流体システムＳ−２８０に接続された１つ以上の通路を形成する。
【００２１】 図１のブロックフローダイヤグラムのガス化システムに連続して、反応装置Ｒ
−２１０からの熱ガスは好ましくは急冷領域３００で循環する水性の流れと直接
接触することにより冷却される。反応装置流出物又は製品ガスと水性の流れとは
急冷容器の中で密接に混合することができる。この混合物は、次に、急冷された
ガスが上を通過でき底の液体が冷却され急冷部に再循環することができる蒸気−
液体分離ドラムへと流れることができる。
【００２２】 例えばすすを含む反応装置システムからの生産ガスの中の粒子は粒子回収段３
５０のガス洗浄装置の中のガス流から洗い落とすことができる。ガス洗浄装置か
らのガスは好ましくは次に水素ハロゲン化物又はＨＣｌの吸収塔４００に導入さ
れる。非凝縮性成分は吸収装置の上方を通過し合成ガス処理領域７００に到達す
ることができる。ガス洗浄装置からのガスの中のＨＣｌは吸収され水性酸の底流
を得ることができる。この水性酸の流れはろ過され酸洗浄ユニット４５０を通過
し最後の微量の粒子と有機物とを除去し、製品等級の水性ＨＣｌ生産物を作り出
す。この生産物はそのまま販売でき又は所望のようにさらに処理されて無水ＨＣ
ｌを作り出す（これを行う適当な段階と装置は先行出願に教示されている）。腐
食性ガス洗浄及び合成ガス誘導システムが合成ガス処理領域７００に含まれてい
る。
【００２３】 ハロゲン化材料のガス化処理の実施態様が精査されてきたが、図２に示される
ようにここでガス化装置２００を再度精査する。上記の実施態様のガス化領域２
００は２つの反応容器Ｒ−２００及びＲ−２１０とハロゲン化供給材料の改質が
主目的の補助装置とからなっている。この説明の目的でハロゲン化材料は塩化有
機材料（ＲＣｌ’ｓ）を含むものとみなされる。
【００２４】 図示の実施態様の主ガス化装置Ｒ−２００は下向き燃焼噴流撹拌反応装置とし
て機能し、この反応装置の主なる目的はＲ−２００に供給された液体を噴霧化し
、この液体を気化し、気化された供給材料を完全に酸素、減速材及び反応生産物
と混合することである。ガス化装置は好ましくは約１４５０℃と５バールゲージ
（７５psig）〔５×１０5 Pa〕で作動する。これらの苛酷な条件はＲ−２００の
中の全ての供給材料成分のほぼ完全の変換を保証するようになる。
【００２５】 上記実施態様におけるガス化装置の殻体が熱い乾燥した水素ハロゲン化物腐食
又は水性水素ハロゲン化物の凝縮から不必要に腐食するのを阻止するため、本発
明は圧力容器壁の温度制御のために被覆されるガス化装置殻体を提供することを
開示する。
【００２６】 熱伝達流体を壁温度制御のためのジャケットによって区画形成された１つ又は
複数の通路に循環させる被覆システムの一部が図２Ｂに示されている。システム
Ｓ−２８０はクーラーＥ−２８０、サージドラムＤ−２８０、及び水を含む他の
流体とすることもできるが好ましくはＤｏｗｔｈｅｒｍ ＧＲＰ又はＳｙｌｔｈ
ｅｒｍ ８００の熱伝達流体を循環させるポンプＰ−２８０を含んでいる。熱い
耐熱物でライニングされたガス容器と急冷部入口を含む管路とが好ましくは完全
に被覆される。正常作動の間流体制御システムＳ−２８０からの熱伝達流体によ
る冷却がガス化処理室から耐熱ライニングを介して容器殻体と管路、典型的には
鋼の殻体に伝達された熱を取除く。小さなヒーターＥ−２８１がまた好ましくは
設けられ熱伝達流体を冷却始動時から作動状態に加熱しまた運転休止の間ライニ
ング温度を保持する。
【００２７】 容器殻体の温度は好ましくは約２００℃、又は約２５０℃と１５０℃の間に制
御される。ガス混合物を含有する水素−ハロゲン化物の理論上の露点は約１３０
℃〜１５０℃である。真の露点はしかし塩類、金属又はその他の腐食生産物の存
在により変えることができる。したがって、壁の温度は好ましくは理論的露点よ
り高い安全限界に保持される。２００℃を超える温度で、乾燥ガスＨＣｌの腐食
速度は温度とともに指数的に増す。したがって容器殻体壁を水性凝縮を阻止する
のに必要な温度以上に加熱するのは望ましくない。このシステムを作動させる好
ましい実施態様では、被覆システムはシステム保守を行うのに必要な場合を除き
、何時も、休止時間においてさえも、壁温度を制御することが意図される。この
ような制御は休止時間の間でさえも、大気中の水分がシステム内部の残留ＨＣｌ
その他の物質により腐食液体として凝縮するのを阻止する。
【００２８】 上記のように、高温ガス混合物の潜在的な極度の腐食性と処理凝縮物とのため
、反応装置壁の温度は好ましくは一定の制御を受ける。ガス化反応装置の極度の
温度のもとに反応装置壁温度の一定の抑制した制御を達成するため、本発明はガ
ス化装置の信頼性ある長い寿命を保証するため好ましくは構造の材料を慎重に選
択した耐熱ライニングの圧力容器を開示する。
【００２９】 上記のように、図３に示される従来技術の“熱壁”概念は炭素系材料、特にハ
ロゲン化された材料のガス化のため圧力容器壁の条件を制御するには適当ではな
くまたそれ自体によっては不十分なものとなる。従来技術の熱壁概念を用いては
、壁温度は十分な制御を伴って保持されることがなく、何時も必要な周囲の条件
の範囲にわたって高い露点と所望の最高乾燥温度より低い温度を含んでいる。例
えば耐熱物２０，２２，２４と任意には２６の後側のガスの迂回又は局部的な耐
熱物の欠如が壁２８を過熱し過度の腐食速度を生じるものとなる。さらに、冷た
い周囲の条件での始動、停止、休止と正常な作動の間の壁の状態は制御すること
ができない。このような状態と危険を許すことは約５バール（５×１０5 Pa）の
もとにまた熱いＨＣｌを持った合成ガスを含有する場合に作動する容器にとって
特に望ましくない。
【００３０】 上記のように、図４に示される従来技術の内部膜設計は図３の“熱壁”概念よ
りは良好な壁温度制御をもたらすが、しかし依然として理想的なものではない。
膜３４は著しい複雑さと、全体の容器壁２８の領域を被覆するのに必要な多くの
パネルと部分の設計と組立てに対する要求とを有している。膜３４はまた修理の
ため容器入口、耐熱物の取外し、及び場合によってはパネルの取外しを含む、大
きな問題を有している。この膜は高度の合金としなければならないため、この設
備は本発明の被覆された容器設計よりも高価となる。容器２８はライニングもし
くは被覆３０又は不活性ガス装備の複雑な室パッドシステムを必要とする。この
典型的にはＮ2 のパッドは望ましくないガス希釈剤である。本発明のある設計に
おいては、このような被覆は既往のものである。
【００３１】 図５〜１１に示されるように外側の１つ又は複数の通路を含み、図２Ｂに示さ
れるように熱伝達流体制御システムと組合された、本発明の被覆された殻体はガ
ス化容器、特にハロゲン化材料ガス化容器にとって好適な設計である。この設計
は好ましいレベルの壁温度制御、信頼性及び費用効果をもたらす。この設計によ
り容器壁温度はまた本質的に全ての作動様式にとって露点より高く保持すること
ができる。ガスの迂回又は局部的な耐熱物２０と２２の欠如に対しても、被覆さ
れた熱伝達設計は効率的、実用的及び制御された冷却能力を提供し壁温度を制限
する。
【００３２】 図５〜１１に示されるような被覆の設計変更例は、内側被覆、外側膜壁又はパ
ネル、溶接された“半−パイプ”、凹凸被覆、容器のコイル被覆、及び外側パネ
ルを含んでいる。被覆は多数の技術を介して達成することができる。温度制御ジ
ャケットは図２Ａとともに図５に示される“容器の中の容器”設計とすることが
できる。熱伝達流体３６は、ジャケット４０によって区画形成され２つの容器壁
の間に形成された１つの空間を有する１つ又は複数の通路３８を通って循環され
る。図５Ｂに示されるようなこの空間において、熱温度制御流体は好ましくは接
線方向に向けられたノズルにより好ましくは導入されジャケット全体にわたって
渦巻き状の流れを生じるようにする。平らな被覆は最も簡単な構造を提供しまた
そのため低い当初のコストが可能となる。この平面のジャケットは感知性流体を
用いるよりも媒体を凝縮、加熱するのに適している。１つの理由は、比較的大き
な通路が低い流体速度をもたらしまたこれに対応して基本的には自然対流によっ
て決定される低い熱伝達係数をもたらすためである。この平面ジャケットは反応
容器に二重壁を形成する。特に、感知性流体の加熱又は冷却が１つの平面ジャケ
ット設計に使用された場合、図５Ｂに示されるように撹拌ノズルが推奨される。
撹拌ノズル５０は入口流体３６をほぼ接線方向にジャケット４０に導入するのに
用いられ、効率的な速度と乱流の度合を高める。凝縮流体が用いられた時は、衝
撃保護が高められるようにするのが好ましい。変更例はより大きな又は多数の入
口ノズルの使用を含んでいる。
【００３３】 好ましくは“ジャケットの中のジャケット”設計は図５Ｃと５Ｄに示される内
部じゃま板が用いられる。これは熱伝達流体が２つの圧力容器壁、内側圧力容器
壁２８及びジャケット圧力容器壁４０とじゃま板５２とによって区画形成された
室を通って循環される“容器の中の容器”からなっている。流体は循環制御シス
テムによって循環され熱伝達流体の速度と熱伝達係数とを注意深く制御し、容器
壁とジャケットとを反応装置内部の温度とは実質的に関係なく一定温度の範囲に
保持する。好ましい導管設計は熱伝達係数と圧力降下の点との間を平衡すること
ができる。好ましいじゃま板は１つの好ましい実施態様として、反応装置殻体２
８の周りにうず巻き状又はらせん状に巻かれる。
【００３４】 一般にらせんプレートじゃま板は端縁が圧力容器殻体に溶接されたらせんスト
リップからなっている。これはジャケット流体が容器の周りに比較的小さな通路
の中を流れるようにするじゃま板を形成する。じゃま板の縁とジャケット内部と
の間に若干の間隙が形成されこの間隙を通って循環流体の一部が迂回することが
できる。あるいは、ジャケットはコイルのように形成することができる。
【００３５】 図５Ｅと５Ｆの凹凸をつけたジャケットはじゃま板つきジャケット設計の変更
例を提供する。図５Ｅと５Ｆに示されるように、外側殻体４０は殻体材料の規則
正しい押込み部５４が取付けられる。これらの凹凸部５４は規則的に付与され乱
流を生ずるようにされる。凹凸部５２は容器壁２８に溶接される。
【００３６】 もう１つの被覆技術は図６Ａ〜６Ｄに示されるように膜壁、“半−パイプ”ジ
ャケット、又はプレートコイル方式を用いることができる。図６Ｂと６Ｃの半パ
イプ設計として、多数の半−パイプ導管５６が容器殻体２８に溶接され熱伝達流
体３６が流れる平行な通路３８を形成する。出口５８と入口５８が設けられ熱伝
達流体３６を循環させる。内部膜システムに用いられるような図６Ａの熱制御コ
イル２６０がまた外側ジャケット４０として使用される。典型的には半パイプジ
ャケットは長手方向に半分に切断され殻体に溶接されたパイプからなっている。
この設計は高いジャケット圧力が要求される場合に有利であるが、切断されたパ
イプのそれぞれの縁に沿い２つの長い溶接部を必要とするため高価な方法である
。熱伝達は幾何学形状が知られており迂回がないため、良く規定される。半パイ
プジャケットは水又は他の同様の熱伝達流体のような感知性流体に対してより適
合している。
【００３７】 図６Ｄに示される溶接式のプレートコイルもまた可能であり、良く区画形成さ
れた流れ通路を形成するよう圧印加工される。プレートコイルにクランプ（締め
つけ金具）がまた用いられ、容器へのスポット溶接によらず締めつけにより取付
けられる。
【００３８】 図７に示されるように、ジャケットはそれぞれが別々の入口と出口を有する数
個の部分に分割されている。これらの部分は臨界的用途に有利となるよう用いら
れ容器の温度均一性を向上し凝結媒体が用いられた時ジャケットの全領域から凝
縮物をさらに迅速に除去し、感知性媒体の温度変化を減少し、任意の蒸気空間領
域の溶接温度を制御しジャケットの圧力降下を許容値の範囲に維持する。
【００３９】 本発明の設計によれば、圧力容器壁を被覆することが望まれる。ガス化容器に
とって非金属の被覆は、これが長期の使用寿命を得るには十分に“強じん”でな
いため、好ましい設計ではない。耐熱物の欠如又はガスの迂回による耐熱物の熱
移動と局部的熱スポットは現在知られている非金属のライニングを破壊するもの
となる。したがって、高合金腐食抵抗金属被覆３０が好ましくは好適な実施態様
に用いられる。
【００４０】 作動時、上記のように、内側の容器壁部分が好ましくは２６０℃に又はこれよ
り僅かに高く保持されガスの露点より高く保持する。ＨＣｌガスの露点は１３０
〜１５０℃の範囲に見積られるが、金属腐食生産物による局部的な露点の上昇は
より高い作動温度を必要とする。このような考えは、Ｄｏｗｔｈｅｒｍ Ａのよ
うな高温合成熱伝達流体を循環経路３８に好適に用いることを示唆する。この流
体の高い温度安定性は長時間の流体安定性と温度制御における局部的熱スポット
の影響を最小とするのに重要である。流体特性と殻劣化の構想はジャケットシス
テムの作動圧力を決定するものとなる。
【００４１】 ガス化圧力容器における含有物とノズル及び付属具の設計には注意がはらわれ
ねばならない。殻体の透過は最小としなければならず、必要な透過は温度制御の
ために注意深く被覆され設計されなければならない。
【００４２】 図５〜１１に示される本発明の被覆された（ジャケットつき）反応装置設計は
図５Ａに見られる熱い生ガス、例えば水素ハロゲン化物含有ガスに対し露出する
のに適している１つ以上の耐熱物２０，２２，２４及び任意に２６の内側層を使
用している。耐熱物の１つ以上の層は典型的には化学的抵抗のための“熱−面”
耐熱層２０と熱伝達制御のための絶縁耐熱物層２２とを含んでいる。絶縁耐火煉
瓦の耐熱物を有する高アルミナ煉瓦（９９パーセント以上）が１つの選択である
。この耐熱システムは圧力容器２８の中に直接取付けられる。外側の絶縁体３２
も含むことができる。任意の数の腐食抵抗材料が耐熱層を取巻き、必要に応じ被
覆として作用しまた圧力容器壁を腐食媒体に対して保護する。例えば、容器殻体
はプラスチック材料、セラミック、ガラス又はその他の被膜でライニングするこ
とができる。しかし、最も好ましくは、容器壁は腐食抵抗合金３０の形式の金属
で被覆される。この合金は腐食抵抗と機械的強靱性の最良の組合せを提供する。
他の公知のライニング手段は耐熱物の熱移動又はライニングと鋼殻体との間の膨
張差による損傷とガス透過とを蒙むることになる。Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ａｌｌ
ｏｙ Ｂ３とＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ａｌｌｏｙ Ｃ−２７６はライニングにとっ
て２つの良好な他の被覆手段である。それぞれは乾燥水素ハロゲン化物腐食に対
する良好な抵抗と水性の水素ハロゲン化物溶液に対する良好な腐食抵抗とを提供
する。Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ａｌｌｏｙ Ｃ−２７６は純粋の水性水素ハロゲン
化物溶液に対しては低い抵抗を提供するが、金属塩、溶解した酸素その他のよう
な、軽微の汚染物を有する溶液に対しては高い抵抗を提供する。腐食抵抗合金層
の使用はまた実際の圧力容器殻体２８の構造にとって低合金鋼の使用を可能にす
る。
【００４３】 腐食抵抗と容器の完全性は本発明では、圧力容器壁２８と外側ジャケットつき
システム４０によって得られた１つ以上の通路を通る管路との温度を別々に独立
して（与えられた反応装置温度の限度内で）制御することにより、さらに達成さ
れる。このような手段により圧力容器壁と管路は容器含有物の凝結点プラス典型
的には５０℃の各自上の安全限界よりも高くすることができる。このような壁温
度制御を保証することは被覆材料が最大の乾燥気体相腐食抵抗について選択でき
るという付加的な利点を有する。
【００４４】 上記のように本発明においては、容器壁温度制御は容器を１つ以上の導管３８
で“被覆し”この導管を通って温度制御流体３６を循環させることにより達成さ
れる。この１つ以上の導管は図２Ｂに示されるように、流体循環制御システムに
接続される。
【００４５】 本発明の好ましい実施態様は一つ又は二つの相の熱伝達を使用することができ
る。二相システムはより精巧な設計と複雑な配管を必要とするが、非常に高い熱
伝達係数を提供する。図２Ａと２Ｂに示される好ましい設計は簡単な単一層の熱
伝達流体を用いる。熱伝達流体は水又はＤｏｗｔｈｅｒｍ（登録商標）製品もし
くはＴｈｅｒｍｉｎｏｌ（登録商標）製品その他のような任意数の商業的に入手
可能な流体とすることができる。流体の選択を考察するための重要なパラメータ
は流体の物理的特性及び作動とこれらのジャケット設計との相互作用とに関する
ものである。これらの特性は作動温度、最高温度、最低作動温度、粘性、密度、
蒸気圧力、表面張力、熱伝導性、汚染特性、及び減少生産物を含んでいる。熱伝
達流体を選択するのに考慮する要素の多くは「Sizing Up Heat Transfer Fluds
& Heaters」、by G.E. Guffey II, Chemical Engineering, October 1997に述べ
られている。
【００４６】 本発明の熱伝達流体循環システムＳ−２８０にとって１つの好ましい実施態様
は流体材料を保持するサージドラムもしくはタンクＤ−２８０、回路網とジャケ
ットを介して流体に圧力をかけるのに適したポンプＰ−２８０、及び（１）熱を
正常作動状態の間大気もしくは他の媒体に排除し（２）熱伝達流体を加熱しシス
テムをハロゲン化有機材料の導入の前に作動状態にするための熱交換器Ｈ−２８
０からなっている。システムＳ−２８０はジャケットつき反応装置の表面温度を
ガス化反応装置の処理状態で与えられた所望温度に制御するための適当な手段（
図示しない）を備えつけることができる。
【００４７】 次の実施例は本発明の設計の理解のために提供される。 実施例１ 以下の供給材料の流れは適当な混合ノズルを通ってガス化装置に供給された。 塩化有機材料： ９０３７kg／時 酸素（９９．５パーセントＶ純粋） ４４１９kg／時 再循環蒸気又は減速材： ４５４０kg／時 〔５８．８wtパーセント水蒸気、４１．２wtパーセント塩化水素〕
【００４８】 得られたガス化反応は塩化水素リッチの合成ガスの流れと約１４５０℃及び５
バール（５×１０5 Pa）の室条件であった。この実施例では反応装置は９″（２
２．８６cm）の絶縁耐火煉瓦により裏打ちされた熱−面高アルミナ耐熱煉瓦の６
″（１５．２４cm）の厚さの層でライニングされた。この耐熱絶縁物は容器壁へ
の熱損失を制限した。圧力容器は３mmの厚さのＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ−２７６
被覆の低−合金鋼であった。容器は本質的に全容器表面積が被覆された一体のジ
ャケットを含んでいた。ジャケットは流体の流れを案内し速度と熱伝達係数とを
制御するため内側じゃま板を含んでいた。典型的な限定は汚染を最小にし許容さ
れる熱伝達係数を保持するため１ｍ／sec の最小値であった。約４ｍ／sec の最
大速度が許容限界内への圧力降下を制限した。熱伝達流体材料が低−圧タンクに
貯蔵された。このタンクは圧力を制御し酸素をシステムから遮断するため不活性
ガスで満たすことができる。約１２００gpm の典型的な流れが遠心ポンプにより
ジャケットシステムを通って送られた。ジャケットからの流体の戻りは水−冷却
熱交換器を通過し熱をシステムから排除した。熱交換器出口は容器含有物の純仮
定凝縮点より約５０℃高い２００℃に制御されたが、この５０℃は凝縮温度を上
昇させる汚染の影響をなくするための安全限界であると考えられた。表面温度は
このようにしてその目標の２００℃の近くに制御された。
【００４９】 本発明の以上の開示と記載はその例示と釈明であり、大きさ、形状及び材料と
例示したシステムの細部との種々の変更は本発明の精神から逸脱することなくな
し得るものである。本発明は、単一の要素の記述が１つ以上のこの要素を包含し
また２つの要素の記述が２つ以上の特定要素を包含するという史的推定に依存す
る術語を用いて、特許請求されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用するガス化処理の好ましい実施態様のブロックフローダイヤグラ
ムである。
【図２Ａ】 図１に見られるガス化装置のさらに特別な特徴の詳細図である。
【図２Ｂ】 図２のガス化装置とともに用いることができる熱伝達流体制御システムを示す
図である。
【図３】 反応容器のための従来技術の熱壁の概念を示す図である。
【図４】 ガス化装置のための内部膜壁反応容器の従来技術の概念を示す図である。
【図５Ａ】 本発明の全体が被覆された容器を示す図で、１つ又は複数の通路が凹凸又は屈
曲部の形成を含む手段によって区画形成されているところを示す。
【図５Ｂ】 １つ又は複数の通路が他の手段によって区画形成されている図５Ａと同様の図
である。
【図５Ｃ】 １つ又は複数の通路がまた他の手段によって区画形成されている図５Ａと同様
の図である。
【図５Ｄ】 上記通路がさらに他の手段によって区画形成されている図５Ａと同様な図であ
る。
【図５Ｅ】 上記通路がさらにまた他の手段によって区画形成されている図５Ａと同様の図
である。
【図６Ａ】 通路がコイル型構造によって区画形成されている本発明の外側膜壁又はパネル
の実施態様を示す図である。
【図６Ｂ】 通路がコイル型構造によって区画形成された他の実施態様を示す図６Ａと同様
の図である。
【図６Ｃ】 通路がコイル型構造によって区画形成されたまた他の実施態様を示す図６Ａと
同様の図である。
【図６Ｄ】 通路がコイル型構造によって区画形成されたさらに他の実施態様を示す図６Ａ
と同様な図である。
【図７】 被覆領域の配置構造を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 3/04 Ｂ０１Ｊ 3/04 Ａ Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 材料をガス化するための反応装置であって、 １つ以上の耐熱材料の内側ライニングと、 耐熱ライニングを包囲する第１の圧力容器と、 熱伝達流体を循環させる１つ以上の通路 とを具備し、 １つ以上の通路が第１の圧力容器の外側の少なくとも一部を実質的に被覆し、
    また熱を除去するよう構成された熱伝達流体循環システムに連結され容器壁の温
    度を反応装置温度より実質的に低く制限するようにしている、 反応装置。
  2. 【請求項２】 １つ以上の通路が実質的に第１の圧力容器の全耐熱ライニン
    グ容積を被覆している請求項１に記載の反応装置。
  3. 【請求項３】 循環システムが熱を加えるよう構成されている請求項２に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 循環システムと１つ以上の通路とが反応装置と組合せて構成
    され反応装置の作動中の圧力容器壁の温度を目標最大値より低くし反応装置の作
    動休止中のライニング温度を目標最小値より高くするよう制御する請求項３に記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 圧力容器をライニングする腐食抵抗被覆を含んでいる請求項
    １に記載の装置。
  6. 【請求項６】 １つ以上の通路の外側に絶縁体を含んでいる請求項１に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 １つ以上の耐熱材料が絶縁耐熱材料の内側に熱面耐熱材料を
    含んでいる請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 腐食抵抗被覆が腐食抵抗金属合金からなっている請求項５に
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 腐食抵抗被覆が非金属ライニングを含んでいる請求項５に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】 １つ以上の通路が第１の圧力容器を取巻く第２の圧力容器
    により少なくとも一部が区画形成されている請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 第２の圧力容器と第１の圧力容器との間にじゃま板を含ん
    でいる請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 １つ以上の通路が第１の圧力容器を取巻く第２の圧力容器
    により少なくとも一部が区画形成されている請求項２に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 第２の圧力容器と第１の圧力容器との間にじゃま板を含ん
    でいる請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 第１の圧力容器を被覆する１つ以上の通路が第１の圧力容
    器の外面の実質的な部分を被覆するジャケットを形成するコイルによって形成さ
    れている請求項２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 反応装置が液体のハロゲン化材料を反応装置に流入させる
    ようになっている供給ノズルとガスを反応装置から放出させるようになっている
    ガス流出口とを含んでいる請求項１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 １つ以上の耐熱材料が少なくとも１５５０℃の反応装置の
    温度に直面するようになっている熱面材料を含んでいる請求項１に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 ハロゲン化材料を含む炭素系供給材料を耐熱材料でライニ
    ングされた第１の圧力容器を具備する反応装置の中でガス化する方法であって、 炭素系供給材料と酸素を低い条件のもとに供給し合成ガスを含む生産物を生成
    する段階と、 熱伝達流体を第１の圧力容器の壁部分の外側に接触するよう循環させそれによ
    り前記流体が外側反応装置壁の温度を少なくとも外側の第１の圧力容器壁の部分
    を超える１５０℃から２５０℃の範囲に保持する段階 とを含んでいる 炭素系供給材料をガス化する方法。
  18. 【請求項１８】 反応容器内部の作動温度を約１３００℃と約１５００℃と
    の間に保持することを含む請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 反応容器内部の作動圧力を約５バール（５×１０5 Pa）に
    保持することを含む請求項１７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 熱伝達流体の循環が該流体を第１の圧力容器と外側の被覆
    構造との間に形成された１つ以上の通路の中で循環させることを含んでいる請求
    項１７に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 熱伝達流体の循環が該流体を第１の圧力容器と第２の圧力
    容器との間で循環させることを含んでいる請求項１７に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 第１の圧力容器を被覆材料でライニングすることを含んで
    いる請求項１７に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 ライニングの温度を反応装置が作動していない時に約２０
    ０℃より高く保持することを含んでいる請求項１７に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 熱伝達流体を循環させ第１の圧力容器の壁を反応装置の作
    動中に冷却し反応装置のライニングを反応装置の作動休止中に加熱することを含
    んでいる請求項１７に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 炭素系材料がハロゲン化材料である請求項１７に記載の方
    法。
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