JP2009533643A - 高温ガスを冷却する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
(iii)熱交換管(7)がその上流端部(11)にて管板(12)に取り付けられ、管板(12)が、熱交換管(7)の上流端部(11)に第2の冷却媒体を供給するための手段(13)、使用済みの第2の冷却媒体を放出するための手段(14)、使用済みの第2の冷却媒体の温度を下げるための手段(15)、及び第2の冷却媒体を再循環させるための手段を備える、前記高温ガスを冷却するための装置。
【選択図】図1
Description
以下の装置及び方法がこの問題の解決策を与える。
(i)使用時に第1の冷却媒体を含む冷却媒体区画(2)と、新たな第1の冷却媒体を供給するための入口(3)と、使用済みの第1の冷却媒体を放出するための出口(4)とを有する縦長の容器(1)を備え、前記容器(1)が、高温ガスの入口(5)と、冷却されたガスの出口(6)と、少なくとも1つの熱交換管(7)とを更に備え、前記熱交換管(7)が、冷却媒体区画(2)内に配置されると共に高温ガスの入口(5)と冷却されたガスの出口(6)とを流体連結し、
(ii)前記冷却媒体区画(2)が、開放端を有し中央に配置された縦型の下降管(8)を更に備え、前記熱交換管(7)が下降管(8)と容器壁(10)との間の空間(9)内に配置され、
(iii)熱交換管(7)がその上流端部(11)にて管板(12)に取り付けられ、管板(12)が、熱交換管(7)の上流端部(11)の外側に第2の冷却媒体を供給するための供給手段(13)、使用済みの第2の冷却媒体を放出するための手段(14)、使用済みの第2の冷却媒体の温度を下げるための手段(15)、及び前記供給手段(13)を介して第2の冷却媒体を熱交換管(7)の上流端部(11)の外側に再循環させるための手段を備える、
前記高温ガスを冷却するための装置。
(i)水槽中に配置された導管を通って流れる高温ガスとの間接熱交換により水蒸気を生成する工程、
(ii)新たな水を前記水槽に供給する工程、及び
(iii)冷却媒体と前記導管の上流端部を流れる高温ガスとの間接熱交換により前記導管の上流端部を別途冷却し、該冷却媒体より高い温度の使用済み冷却媒体を得る工程、及び
(iv)工程(iii)の使用済み冷却媒体の温度を下げ、工程(iii)に再循環させる工程、ただし工程(iii)で使用される冷却媒体の温度は工程(ii)で供給される新たな水の温度より低い、
を実行する、前記高温ガスと水との間接熱交換により水蒸気を製造する方法。
以下、例として添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1は非触媒部分酸化反応器(17)と組み合わされた本発明の装置を示す。反応器(17)はバーナー(18)と炭化水素原料の供給導管(19)とオキシジェネートの供給導管(20)とを備える。非触媒部分酸化反応器(17)の代わりに、自動熱改質反応器(ATR)を高温ガス源として本発明の装置と組み合わせてもよい。図1では、2つの装置(1、21)が1つの反応器(17)と組み合わされて示されている。これは、反応器の容量が大きい場合に多量の高温ガスを冷却するために本発明の装置を拡大するのが一層困難なときに有利である。本装置は冷却媒体区画(2)を備えた縦長の容器(1)からなり、この冷却媒体区画(2)は、使用時に第1の冷却媒体を含む。また、新たな第1の冷却媒体を供給するための入口(3)と、使用済みの第1の冷却媒体を放出するための出口(4)も示されている。第1の冷却媒体が水の場合は、使用済みの冷却媒体は水蒸気である。上記の容器(1)は、高温ガスの入口(5)と冷却されたガスの出口(6)とを更に備える。入口(5)と出口(6)は少なくとも1つの熱交換管(7)に流動連結されている。好ましくは1より多い管(7)が入口(5)と出口(6)との間で平行に通っている。一般に2〜24個の管(7)が区画(2)内で平行に設けられているが、この個数はそれより多くしてもよい。好ましくは、これらの管(7)は螺旋状に上方に延びる構成にて配置される。出口(6)は容器(1)の上部、又は図1に示されるように底部に配置してもよい。
(i)水槽中に配置された管を通って流れる高温ガスとの間接熱交換により水蒸気を生成する工程、
(ii)新たな水を前記水槽に供給する工程、及び
(iii)冷却媒体と前記管の上流端部を流れる高温ガスとの間接熱交換により前記管の上流端部を別途冷却し、該冷却媒体より高い温度の使用済み冷却媒体を得る工程、及び
(iv)工程(iii)の使用済み冷却媒体の温度を下げ、工程(iii)に再循環させる工程、ただし工程(iii)で使用される冷却媒体の温度は工程(ii)で供給される新たな水の温度より低い、
を実行する、前記高温ガスと水との間接熱交換により水蒸気を製造する方法にも関する。
(a)炭素(炭化水素)含有燃料を部分酸化し、前記圧力及び温度の合成ガスを得る工程、
(b)水槽中に設けられた導管に高温ガスを通すことにより水を気化させて冷却を行い、また、温度が好ましくは100℃未満の水との間接熱交換による水冷閉回路によって前記導管の上流端部を冷却し、また、温度が好ましくは200℃より高い補給水を前記水槽に別途加える工程、
を実行することにより製造する方法にも関する。
2 冷却媒体区画
3 第1の冷却媒体の入口
4 第1の冷却媒体の出口
5 高温ガスの入口
6 冷却されたガスの出口
7 熱交換管
8 下降管
9 環状空間
10 容器壁
11 熱交換管の上流端部
12 管板
13 導管
14 導管
15 冷却装置
16 水蒸気収集空間
17 非接触部分酸化反応器
18 バーナー
22 水位
23 ポンプ
24 バイパス導管
25 バルブ
26 バルブ
27 温度コントローラ
29 管束
30 熱遮蔽体
32 前方空間
34 環状空間
35 使用済み冷却媒体区画
36 熱交換器
Claims (15)
- 高温ガスを冷却するための装置であって、
(i)使用時に第1の冷却媒体を含む冷却媒体区画(2)と、新たな第1の冷却媒体を供給するための入口(3)と、使用済みの第1の冷却媒体を放出するための出口(4)とを有する縦長の容器(1)を備え、前記容器(1)が、高温ガスの入口(5)と、冷却されたガスの出口(6)と、少なくとも1つの熱交換管(7)とを更に備え、前記熱交換管(7)が、冷却媒体区画(2)内に配置されると共に高温ガスの入口(5)と冷却されたガスの出口(6)とを流体連結し、
(ii)前記冷却媒体区画(2)が、開放端を有し中央に配置された縦型の下降管(8)を更に備え、前記熱交換管(7)が下降管(8)と容器壁(10)との間の空間(9)内に配置され、
(iii)熱交換管(7)がその上流端部(11)にて管板(12)に取り付けられ、管板(12)が、熱交換管(7)の上流端部(11)の外側に第2の冷却媒体を供給するための供給手段(13)、使用済みの第2の冷却媒体を放出するための手段(14)、使用済みの第2の冷却媒体の温度を下げるための手段(15)、及び前記供給手段(13)を介して第2の冷却媒体を熱交換管(7)の上流端部(11)の外側に再循環させるための手段を備える、
前記高温ガスを冷却するための装置。 - 使用時に新たな第1の冷却媒体の入口の流れの方向が下降管(8)の内側を通る第1の冷却媒体の下向きの流れを強めるように、新たな第1の冷却媒体を供給するための前記入口(3)が配置される請求項1に記載の装置。
- 前記入口(3)が下方に向けられ且つ下降管(8)の上半分に配置される請求項2に記載の装置。
- 高温ガスと水との間接熱交換により水蒸気を製造する方法であって、以下の工程:
(i)水槽中に配置された管を通って流れる高温ガスとの間接熱交換により水蒸気を生成する工程、
(ii)新たな水を前記水槽に供給する工程、及び
(iii)冷却媒体と前記管の上流端部を流れる高温ガスとの間接熱交換により前記管の上流端部を別途冷却し、該冷却媒体より高い温度の使用済み冷却媒体を得る工程、及び
(iv)工程(iii)の使用済み冷却媒体の温度を下げ、工程(iii)に再循環させる工程、ただし工程(iii)で使用される冷却媒体の温度は工程(ii)で供給される新たな水の温度より低い、
を実行する、前記高温ガスと水との間接熱交換により水蒸気を製造する方法。 - 前記管に入る高温ガスの温度が700〜1600℃であり、工程(iii)における冷却媒体の温度が50〜200℃である請求項4に記載の方法。
- 工程(ii)において供給される新たな水の温度が工程(ii)の動作圧力での水の飽和温度より5〜100℃低い請求項4又は5に記載の方法。
- 製造された水蒸気の圧力が2〜15MPaである請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記高温ガスが一酸化炭素、水素、及び0〜3体積%の硫黄を含み、工程(iii)において前記管の上流端部の壁を500℃未満の温度に維持する請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 高温ガス媒体を冷却するための装置であって、容器(1)を備え、前記容器(1)内で複数の管(7)からなる管束(29)が冷却媒体区画(2)内に配置され、使用時に冷却液媒体が管束(29)の周りに流れ;
(i)前記管(7)がそれらの上流端部(11)にて熱遮蔽体(30)に取り付けられ、
(ii)前記管(7)は熱遮蔽体(30)から間隔を置いて取り付けられた支持板(31)を通って更に延び、熱遮蔽体(30)は該熱遮蔽体(30)と支持板(31)との間に前方空間(32)を形成し、
(iii)冷却液を前方空間(32)に供給する供給手段(13)を備え、
(iv)支持板(31)の開口部(33)が前記管(7)よりも大きく、前記管(7)と支持板(31)との間に環状空間(34)を形成し、環状空間(34)は、使用時に冷却液が前記管(7)内の高温ガス媒体と並流にて前方空間(32)から前記使用済み冷却媒体区画(35)に流れることができるように、前方空間(32)と使用済み冷却媒体区画(35)とを流体連結し、
(v)冷却媒体を使用済み冷却媒体区画(35)から容器(1)の外部に配置された熱交換器(36)に放出するための手段(14)を備え、熱交換器(36)は使用時に使用済み冷却媒体の温度を下げ、また熱交換器(36)は、使用時に冷却媒体が熱交換器(36)と前方空間(32)との間で循環できるように、前記供給手段(13)に流体連結されて冷却液を前方空間(32)に再循環させる、前記高温ガス媒体を冷却するための装置。 - 前方空間(32)に入口開口部を有する緊急ベント導管(37)が設けられ、緊急の場合に気化した冷却媒体を前記緊急ベント導管(37)を介して前方空間(32)から放出でき、また、緊急の場合に冷却媒体を使用済み冷却媒体区画(35)に供給できる緊急冷却媒体供給導管(38)が設けられる請求項9に記載の装置。
- 緊急ベント導管(37)が冷却媒体区画(2)に流体連結されている請求項10に記載の装置。
- 緊急冷却媒体供給導管(38)が冷却媒体区画(2)に流体連結されている請求項10又は11に記載の装置。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載の装置の熱交換管(7)の上流端部(11)の過熱を防止する方法であって、熱交換器(36)と前方空間(32)との間で循環する冷却媒体の流量を測定し、測定した流量が循環する冷却媒体の所定の最小許容流量より小さい場合、緊急ベント導管(37)及び緊急冷却媒体供給導管(38)に夫々設けられた閉じたバルブ(39、40)を開くことで、冷却媒体が熱交換管(7)内に存在する高温ガスに対して向流にて環状空間(34)を通って流れるように、気化した冷却媒体が前方空間(32)から緊急ベント導管(37)を介して出ていけると共に、冷却媒体が緊急冷却媒体供給導管(38)を介して使用済み冷却媒体空間(35)に入っていける前記方法。
- 圧力が8MPaより大きく、好ましくは9〜15MPaで温度が1000℃より高く、より好ましくは1000℃〜1600℃の合成ガスを以下の工程:
(a)炭素(炭化水素)含有燃料を部分酸化し、前記圧力及び温度の合成ガスを得る工程、
(b)水槽中に設けられた導管に高温ガスを通すことにより水を気化させて冷却を行い、また、温度が好ましくは100℃未満の水との間接熱交換による水冷閉回路によって前記導管の上流端部を冷却し、また、温度が好ましくは200℃より高い補給水を前記水槽に別途加える工程、
を実行することにより製造する方法。 - 請求項9〜13のいずれか一項に記載の装置において工程(b)を実行するか、又は請求項4〜8のいずれか一項に記載の方法により工程(b)を実行する、請求項14に記載の方法。
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