JP4276041B2 - 廃棄物の高温ガス化のための酸素槍及び同酸素槍を作動させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載されている特徴による酸素槍及び高温反応器内で同酸素槍を作動させるための方法に関する。

異質物質からなる廃棄物をガス化するために、酸素槍によって、例えば、高温反応器内のガス化床への酸素の供給を達成することは知られている。本発明において意味している酸素槍又はランス（ｏｘｙｇｅｎ ｌａｎｃｅ）は、通常、酸素又は酸素を多く含む空気がガス化反応器の内燃チャンバ内に射出される水冷のノズルである。

ドイツ特許明細書１９５ １２ ２４９ Ｃ２は、ランスの酸素が少なくともほぼ音速まで加速され、その結果、ランス酸素が更に超高温まで加熱されるような方法で、高い炎温度及び高い燃焼率を有する、少なくとも一つの永久的に燃焼する種火によって作動せしめられる酸素槍の使用方法を教示している。これによって、高温の酸素はガス化速度を増し、酸素の大きい加速によってランスの作動範囲が決定的に広げられる。

従来技術状態によれば、種火を形成するためのバーナーを備えた酸素槍がこの目的のために使用される。このバーナー及び酸素槍の組み合わせは、特に、反応器のガス化床へ酸素を導入する役目を果たす第１の酸素チャネルに加えて、バーナーによって形成される種火に酸素を供給することを確実にする別個の第２の酸素チャネルが設けられる点において異なっている。

反応器のガス化床への酸素の供給が停止され、独占的に種火だけが作動せしめられている（バーナー動作）場合には、反応器内の部分的な過剰圧力によって、熱い合成ガスが、反応器から第１の酸素チャネル内へ拡散し、酸素チャネルに酸素が供給されないという危険性が存在する。このことは、バーナーの作動のための反応器のガス化床へと酸素の給送が再び開始されるやいなや、熱い合成ガスと第１の酸素チャネル内の酸素との混合物が爆発するという理由により、特に危険である。

既に述べたバーナーの作動における熱い合成ガスが、反応器のガス化床内へ酸素を供給するための第１のチャネル内へ拡散する場合には、熱い合成ガスと酸素槍との組み合わせ（これは、通常は水によって冷却される）との間の温度差により、合成ガスの凝固可能成分が、オフに切り換えられた第１の酸素チャネル内で少なくとも部分的に凝固するという不利な点が更に生じる。
ドイツ特許明細書１９５ １２ ２４９ Ｃ２

本発明の目的は、バーナー動作において使用することができ且つ従来技術により知られている上記の危険性及び不利な点を解消した、バーナーと酸素槍との組み合わせ及びこの組み合わせの使用方法を提供することである。

この目的は、本発明に従って、請求項１に記載の酸素槍及び請求項７に記載の同酸素槍を作動させるための方法により達成される。

本発明は、特に以下のような利点を有する。
反応酸素すなわち反応器のガス化床に導入される酸素を搬送するためのチャネルが、燃焼酸素すなわちバーナー又は種火に供給するための酸素を供給するためのチャネルと同一であるという事実により、バーナーと酸素槍との組み合わせが、反応器のガス化床内へ酸素が供給されているか又は供給されていない状態で一定して燃焼している種火によって作動せしめられているか否かに関係なく、少なくともバーナーの炎には化学量論的な燃焼に必要な量の酸素（燃焼酸素）が供給されるので、酸素の流れが酸素チャネルを介して常に導かれるということが、有利な方法で達成される。このような方法においては、熱い合成ガスは、反応器から酸素チャネル内へ拡散することが出来ず、反応器のガス化床への酸素（反応酸素）の供給を再開したときに爆発する危険性が排除され、これと同時に、反応酸素供給チャネル内の熱い合成ガスの凝固が排除される。

更に、バーナー装置を備えた酸素槍の装置に関するこの構造は、一方では、接続部及び種火／バーナーの炎のための酸素の別個の流入のための付加的なチャネルが不要にされ、他方では、反応器のガス化床への酸素の供給が不要にされているので、全体的に簡素化されている。

少なくとも２つの異なる給気状態によって供給される酸素の量を制御する制御装置が含まれているという事実の結果として、各々に必要とされる酸素の量が、２つの作動状態、すなわち、一方では、バーナーの炎及びガス化床への反応酸素の供給、及び他方では、ガス化床内への反応酸素の供給がされないバーナーの炎のために、十分に供給される。

“ガス化床への反応酸素の供給がされていないバーナーの炎”の作動モードにおいては、反応物質燃料と酸素とが、バーナーの炎の中での燃焼のためのほぼ化学量論的な割合で供給される。“ガス化床への反応酸素の供給がされているバーナーの炎”の作動モードにおいては、これと対照的に、酸素は、化学量論的な割合の供給された酸素の部分を超えた部分であってバーナーの炎での燃焼に必要である部分が、高温反応器の燃焼床に反応の相手物質として供給される。

本出願全体を通しての意味での燃料は、例えば、メタンガス、プロセス又はプロセスの個々の構成部分に特有の合成ガス並びに液体及び／又は圧送可能で汚染物質を含んでいる物質とすることができる。

従って、特にバーナーの炎の単独の作動の場合における酸素の圧力は、常に、高温反応器内の部分的な圧力を超えるように及び酸素供給ラインへの熱い合成ガスの拡散が効率良く防止されるように選択される。

本発明の有利な展開は、従属項２乃至６及び８乃至１０により可能であり、続いて、これらを簡単に説明する。
少なくとも２つの異なる給気状態によって供給される酸素の量を制御する制御装置の有利な実施形態は、酸素の流れ内で平行に結合されている弁としての実施形態である。この結果、丈夫で且つ必要とされる給気状態を形成するための技術的に特に簡単な経路が、正確に調整可能で且つ常に維持される流入量で達成される。

本発明のもう一つ別の展開は、バーナーと酸素槍との組み合わせの反応器側の端部に交換可能なバーナー口金が設けられることである。これは、一方では、バーナー口金が高温の反応器の熱い雰囲気に晒され、従って、摩耗部品として限定された寿命のみを有し、その結果、迅速で且つ問題がない交換可能性によって酸素槍のメンテナンスが著しく簡素化されるので、有利である。他方においては、そのようなバーナー口金の交換可能性は、特に、本発明による供給チャネルの節減によって、反応器側で酸素槍を密閉しているバーナー口金と、バーナー口金と酸素槍との間の結合部の構造とからなる構成が極めて簡素化されるという本発明の特性により、特に好ましい。従って、バーナー口金は、酸素槍のチャネルに空間的に対応しているプラグ−イン結合又は螺子結合によって形成することができる。

酸素槍を作動させるための方法の有利な展開は、制御装置は、２つの作動状態間をパルス状の方法によって切り換えることができることを提供する。この方法においては、反応器のガス化床に酸素槍によって導入される反応酸素は、パルス状の方法によって導入され、その結果、おそらくランスの酸素の流れによって形成されるガス化床内のチャネルがパルス状の休止によって潰れる、という利点が提供される。従って、ガス化床内での“ブリッジの形成”が避けられる。

続いて、本発明を図面及び実施形態によって説明する。
図１は、従来技術の状態（Ａ）による異質物質からなる廃棄物の高温ガス化のための酸素槍と本発明の実施形態（Ｂ）とを比較して図示している。

従来技術の状態によるモデルの場合には、一方が他方の内側に同心状に延びており且つ供給パイプ接続部が現在は設けられている３つの管状のフローチャネルが形成されている。従来技術の状態による酸素槍（Ａ）の場合には、最も外側のチャネルが燃料を供給するためのチャネルＩである。その内側には、バーナー内の種火の作動のための酸素供給チャネルＩＩが配置されており、次いで、高温反応器の燃焼床に反応物質としての酸素を供給するためのチャネルＩＩＩがその内側に横たわるように配置されている。

これと対照的に、本発明の実施形態であるＢにおいては、燃料供給チャネルＩが内側に位置している。単一の酸素チャネルＩＩが燃料供給チャネルＩを包囲しており、このチャネル内に、従来技術において知られている燃焼酸素及び反応酸素のための別個の供給チャネルが結合されている。

バーナーと酸素槍との組み合わせＢが、反応器の燃焼床に反応物質として導入されるように意図されている酸素無しにバーナーの動作内においてのみ使用される場合には、燃料チャネルＩ及び酸素チャネルＩＩは、各々、バーナーの種火内の化学量論的な燃焼に必要とされる出来るだけ多くの燃料又は酸素を導き、バーナーのための酸素の圧力は、高温反応器内の部分的な圧力よりも常に上回って、酸素供給装置内への熱い合成ガスの侵入が排除されるように選択される。更に、反応酸素としての酸素が反応器の燃焼床内へ進入するように意図されている場合には、次いで、これに対応して、より多くの酸素が酸素チャネルＩＩ内へ供給される。

これによって、この図においてはより詳細には示されていない制御装置によって供給が提供される。
図２は、本発明によるバーナー及び酸素槍の詳細な実施形態の長手方向断面を示している。ここでもまた、燃料を供給するためのチャネルＩ及び酸素を供給するためのチャネルＩＩが図示されており、酸素を供給するためのチャネルＩＩは、一方が他方の内側に位置するパイプが形成されるように燃料チャネルを包囲している。このことは、右手底部に図示されている線Ａ−Ａに沿った断面図において特に明らかである。

更に、現在では、制御弁から分離された形状とされている接続弁及び弁と供給チャネルとの間の流れに対する接続部が図示されている。供給パイプ接続部１１及び貫流チャネル４，５を含んでいる水冷装置もまた図示されており、この水冷装置は、酸素槍の主軸に沿って、水が、最初にランスパイプ全体に沿ってバーナー口金１まで導入され、次いで、再びバーナー口金１から反対方向へ導出されるような形態で図示されている。

これによって、バーナー口金１は、プラグ−イン接続によってランスパイプ２に固定されており且つより下方に配置されている燃料供給パイプＩの開口部に向かってバーナー口金の反応器側端部からテーパーが付けられている漏斗状の凹部を有している。これによって、バーナー口金は、水を、反応器から離れる方向に向けられた側からバーナー口金に向かって移動する冷却水チャネルが、水を反対方向に導く冷却水チャネルへと流れるように接続されている。これは、取り付け状態において冷却水チャネルとの間に密封シールを形成しているチャネルの壁３１，３２を有する小さなチャネルによってバーナー口金の対応する形状によって生じる。

図３は、酸素の流れに平行に接続されている２つの弁ＩＶ，Ｖと、更に、分離されている燃料供給装置を制御するための弁ＶＩとによって形成されている本発明による制御装置の一つの実施形態を示している。

酸素は、停止弁１２から左側の分配器内へと流れ且つ同分配器によって、第１及び第２の酸素の流れに分割される。第１の酸素の流れは、燃焼酸素のための弁Ｖによってその流通量が制御され、一方、第２の酸素の流れは、反応酸素のための弁ＩＶによってその量が決定される。弁を通過した後に、２つの酸素の流れは、再結合して１つの流れを形成し、この１つの流れは制御装置を出て行く。弁ＩＶ及びこれに対応する弁Ｖの広い開口部を閉じることによって、酸素は、バーナーの種火内での化学量論的な燃焼に必要とされる十分な量が供給され、この圧力は、高温反応器内の部分的な圧力よりも常に高いことが必要である。従って、化学量論的な燃焼率を維持するために、燃焼ガスの供給を制御する弁ＶＩの開口部は、対応して設定されなければならない。更に、種火内での燃焼に対して過剰化学量論的な量で供給され、従って、反応器のガス化床へ反応物質として進入するように意図されている酸素は、弁ＩＶを開くことによって追加することができる。上記の第１の作動モード（“バーナーのみ”）と第２の作動モード（“バーナー及び反応酸素の供給”）との間のパルス状の切換は、最も簡単な方法での弁ＩＶのパルス状の開放及び閉塞によって行うことができる。

従来技術の状態による異質物質からなる廃棄物の高温ガス化のための酸素槍（Ａ）及び同じ目的のための本発明による酸素槍（Ｂ）を示した図である。 交換可能なバーナー口金を供えた本発明の実施形態としての酸素槍の詳細な実施形態の長手方向断面及び横方向断面を示した図である。 酸素の流れ内で平行に結合されている２つの弁が備えられ、燃焼ガスを供給するための更に別の弁をも有している制御装置を示している図である。

符号の説明

１ バーナー口金、 ２ ランスパイプ ４，５ 貫流チャネル、
１１ 供給パイプ接続部、 １２ 停止弁、 ３１，３２ チャネルの壁、
Ｉ 燃料を供給するためのチャネル、
ＩＩ 酸素を供給するためのチャネル、
ＩＩＩ 酸素を供給するためのチャネル、
ＩＶ 反応酸素のための弁、
Ｖ 燃焼酸素のための弁、
ＶＩ 燃焼ガスの供給を制御する弁

Claims (11)

1. 反応酸素を搬送し、燃料を供給し、燃焼酸素を供給するためのチャネル（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）を有する、必要ならば予め熱処理された異質物質からなる廃棄物の高温廃棄物の高温ガス化のための酸素槍であって、
   反応酸素（ＩＩＩ）を搬送するためのチャネルが、燃焼酸素（ＩＩ）を供給するためのチャネルと同一であり、
   少なくとも２つの異なる給気状態において供給される酸素の量を制御する制御装置が含まれており、
   前記酸素槍が、少なくとも一つのバーナーの炎によって永久的に作動せしめられ、
   第１の作動モードにおいては、反応物質燃料と酸素とが、前記バーナーの炎のためのほぼ化学量論的な割合で供給され、
   第２の作動モードにおいては、酸素が、燃料に対する過剰化学量論的な割合で供給されて、この割合の酸素が、反応の相手物質として高温反応器内に進入するようになされ、
   酸素の圧力が、高温反応器内の部分的な圧力よりも常に大きいように選択されるようになされている、ことを特徴とする酸素槍。
2. 請求項１に記載の酸素槍であって、
   前記制御装置が酸素の流れ内で平行に結合された弁（ＩＶ，Ｖ）を有している、ことを特徴とする酸素槍。
3. 請求項１又は２に記載の酸素槍であって、
   反応物質排出側に、交換可能なバーナー口金（１）が設けられている、ことを特徴とする酸素槍。
4. 請求項３に記載の酸素槍であって、
   前記バーナー口金（１）がプラグ−イン結合又は螺子結合（３１，３２）によって固定されている、ことを特徴とする酸素槍。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一の項に記載の酸素槍であって、
   前記チャネル（Ｉ，ＩＩ）が、一方が他方の内側に位置する状態で軸線方向に同心状に延びている、ことを特徴とする酸素槍。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一の項に記載の酸素槍であって、
   冷却剤チャネル（４，５）が更に設けられている、ことを特徴とする酸素槍。
7. 高温反応器内で、請求項１乃至６のうちのいずれか一の項に記載の酸素槍を作動させるための方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記第１の作動モードと前記第２の作動モードとの間でパルス状の切換が起こる、ことを特徴とする方法。
9. 請求項７又は８に記載の方法であって、
   メタンガスが燃料として選択される、方法。
10. 請求項７又は８に記載の方法であって、
    プロセス又は同プロセスの個々の構成部分に特有の合成ガスが燃料として選択される、方法。
11. 請求項７又は８に記載の方法であって、
    液体及び／又は圧送可能で汚染物質を含んでいる物質が燃料として選択される、方法。

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