JP4689827B2

JP4689827B2 - れんが背面の熱電対

Info

Publication number: JP4689827B2
Application number: JP2000572638A
Authority: JP
Inventors: エススティーヴンソン，ジョン; ダブリュサントス，ケント; ザチャリオ，ガス
Original assignee: ジーイー・エナジー・ユーエスエー・エルエルシー
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2019-09-30
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Description

【０００１】
本発明は、一般に、ガス化プロセス用の熱電対の保護に関するものであり、具体的には、ガス化プロセス用の熱電対の有効寿命を延ばすための耐火レンガの使用に関する。
【０００２】
高温ガス化プロセスでは、石炭、石油、炭化水素残渣などの炭化水素系燃料から、高温部分酸化ガスが生成する。これらのプロセスでは、炭化水素系燃料を、ガス化炉で、空気や酸素のような反応性の高い酸素含有ガスと反応させて高温部分酸化ガスを得る。
【０００３】
で各種の適切な供給原料を表すのに用いる「炭化水素系」という用語は、気体、液体及び固形炭化水素、炭素系材料及びそれらの混合物を包含する。実際、実質上あらゆる可燃性炭素含有有機材料及びそれらのスラリーが「炭化水素系」という用語の定義に包含される。固形、気体及び液体供給原料を混合して同時に使用してもよく、これらは、パラフィン系、オレフィン系、アセチレン系、ナフテン系及び芳香族化合物を任意の割合で含んでいてもよい。「炭化水素系」という用語の定義には、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、酸素化燃料油を始めとする酸素化炭化水素系有機材料、酸素化炭化水素系有機材料を含む化学プロセスからの廃液及び副産物、さらにこれらの混合物も包含される。
【０００４】
適切な液体供給原料を表すのに用いる「液体炭化水素」という用語には、液化石油ガス、石油留出物及び残油、ガソリン、ナフサ、ケロシン、原油、アスファルト、ガス油、残油、タールサンド油、シェール油、石炭液化油油、芳香族系炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン留分）、コールタール、流動接触分解プロセスによるサイクルガス油、コーカーガス油からのフルフラール抽出物、及びそれらの混合物のような様々な材料が包含される。
【０００５】
適切な気体供給原料を表すのに用いる「気体炭化水素」という用語には、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、製油所ガス、アセチレンテイルガス、エチレンオフガス、及びそれらの混合物が包含される。
【０００６】
適切な固形供給原料を表すのに用いる「固形炭化水素」には、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭の形態の炭、亜炭、コークス、石炭液化で得られる残渣、泥炭、オイルシェール、タールサンド、石油コークス、ピッチ炭、粒状炭素（すす、灰）、汚水のような固体炭素含有廃棄物が包含される。ある種の炭化水素系燃料、特に石炭及び石油コークスは、高レベルの炭及び溶融スラグを生成する。
【０００７】
ガス化炉の反応域で、炭化水素系燃料を、任意には温度調節剤の存在下、遊離酸素含有ガスと接触する。反応域では、内容物は、通常約１７００°Ｆ（９３０℃）〜約２８００°Ｆ（１６５０℃）の範囲、さらに典型的には約２０００°Ｆ（１１００℃）〜約２８００°Ｆ（１５４０℃）の範囲の温度に達するであろう。圧力は、典型的には約１気圧（１００ＫＰａ）〜約２５０気圧（２５０００ＫＰａ）の範囲、さらに典型的には約１５気圧（１５００Ｋｐａ）〜約１５０気圧（１５０００ＫＰａ）の範囲である。
【０００８】
典型的なガス化プロセスでは、高温部分酸化ガスは、実質的に、Ｈ₂、ＣＯ、さらにＨ₂Ｏ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ、ＮＨ₃、Ｎ₂及びＡｒからなる群の１種以上のガスを含む。フリーフロー及びダウンフロー式鉛直耐火材裏打鋼製圧力容器内の反応域における周知の部分酸化プロセスでは、通常、粒状炭素、灰及び／又は溶融スラグ（通例、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、及び鉄やカルシウムのような金属の酸化物及び酸化硫化物を含む）が生成する。かかるプロセス及び圧力容器の一例が米国特許第２８１８３２６号に記載されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００９】
ガス化反応炉の温度を始めとするこのような高温プロセスの温度の測定には、熱電対が常用されている。熱電対は、一対の異種金属のワイヤを両端でつないだものである。ワイヤの組成は、それらの間に電位差が生じるほど十分に異なっているべきである。２本のワイヤは、熱電対の端部での接合点を除いて、保護シース内で互いに電気的に絶縁されている。電気的絶縁は、通常、シース長さの一部を軸方向に貫通する２つの交差しない穴を有する耐熱性電気絶縁材料からなる保護シースによってもたらされ、これらの穴に熱電対ワイヤが通され、穴は互いに１点でしか公差しない。典型的な保護シース材料としては、アルミナのような高温高純度セラミックが挙げられる。穴は、熱電対ワイヤ及びセンサの周囲に耐火材料を注型することによって形成できる。
【００１０】
熱電対の動作の基本は、接合した金属間に存在する電位が温度に応じて変化することである。電位は、実際の電位又は標準温度で同一金属が示す人為的基準の電位と比較され、温度差は、熱電対回路に設けられた電圧測定装置、或いは熱電対回路内に設けられた送信器で送られた信号を受信する電圧測定装置によって測定される。捏電対用の異種金属の選択は、特に、測定すべき予想温度範囲に応じて異なる。例えば、ガス化炉に存在する条件下で通常用いられる熱電対の典型例は、プラチナと約３０％のロジウムを含む第１のワイヤ、及びプラチナと約６％のロジウムを含む第２のワイヤを有する。ガス化炉には、タイプＢ、タイプＲ及びタイプＳのプラチナ／ロジウム熱電対が有用である。
【００１１】
熱電対の寿命は、ガス化プロセスに存在する環境、特にガス化炉に存在する環境下では非常に短い。比較的短い寿命は、ガス化炉の作動時に優勢な腐食性雰囲気にある程度起因する。この環境下で保護されないまま残された熱電対は、すぐに攻撃され、使い物にならなくなる。かかる攻撃は、熱電対が炉内に存在する溶融スラグと接触したときに最も深刻なものとなる。かかる熱電対は、数分のうちに作動しなくなる。
【００１２】
この問題を軽減するため、熱電対は、通常、ガス化炉の外壁に沿って装着される耐火性サーモウェル内に挿入される。耐火性サーモウェルは、クロミア−マグネシア、クロミア又は同様のスラグ耐性材料のバリアを含んでおり、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、サファイア、モリブテン及びステンレス鋼のような他の耐火性及び非耐火材料が組み込まれていてもよい。これらの耐火性サーモウェルは、炉内部の雰囲気に対する完全なバリアとはならない。耐火性サーモウェルは圧力に耐えず、応力にも耐えない。サーモウェルをスラグ、直火及びある種の高温ガスから保護しているのは、半透過性の物質移動バリアにすぎない。
【００１３】
ガス化炉に用いる場合、サーモウェルは、反応炉圧力容器の外壁の開口部に通すことによって導入できる。サーモウェルを、次いで、反応炉圧力容器の内面を裏打ちするために常用される１種類又は一群の耐火材料の対応開口部に通せばよい。サーモウェルは、反応炉のオープンスペース内に延在していてもよいし、さらに典型的には、炉の内部から僅かな距離だけ後退していてもよい。
【００１４】
残念なことに、サーモウェル内部に熱電対を配置しても、完全な解決にはいたらない。時間が経過すると、溶融スラグがサーモウェルを破壊してしまう。この破壊は、通常、熱応力及び／又は機械的応力だけでなくエロージョン及び腐食の作用に起因する。破壊は典型的には最初は小さいが、溶融スラグが熱電対内部に侵入することができ、熱電対と接触して、熱電対は使い物にならなってしまう。
【００１５】
ガス化プロセス用の熱電対の寿命を増大させる手段があれば有益である。
【００１６】
本発明は、熱電対の設備で、熱電対は、ガス化炉内の温度を測定する。熱電対は、測定素子が耐火性ホットフェースれんがの連続層の背後になるように、ガス化炉の壁を通して装着される。熱電対アセンブリは、ガス化炉の壁及び断熱れんが、さらに適宜ホットフェースれんがの途中までの部分を通してできた開口部に装着される。
【００１７】
本明細書において「熱電対」とは、熱電対センサ及びワイヤ並びに熱電対センサ及びワイヤと共に使用される支持、絶縁、保護又は装着手段を含む温度検出装置である。
【００１８】
本明細書において「ホットフェースれんが」とは、ガス化炉の内部に隣接する１層以上の耐火材料である。
【００１９】
本明細書において「熱電対センサ」とは、異種金属を接合して電位が発生する点（通常は熱電対の遠位端）をいう。
【００２０】
本明細書において「サーモウェル」とは、ガスの流れに対する実質的なバリアをもたらして、圧力に耐えてシールすることのできる保護シースである。
【００２１】
本明細書において「シース」及び「保護シース」という用語は、一対の熱電対ワイヤの少なくとも１本を支持、保護及び電気的絶縁するためのボディーを表すために互換的に用いられる。
【００２２】
本明細書において「溶融スラグ」には、スラグ、灰、金属、シリカその他の反応炉条件で液状になりうる汚染物が包含される。
【００２３】
高温ガス化プロセスでは、高温部分酸化ガスは、例えば石炭、石油、炭化水素残渣などから生成する。これらのプロセスでは、炭化水素系燃料を、ガス化炉で、空気や酸素のような反応性の高い酸素含有ガスと反応させて高温部分酸化ガスを得る。ガス化炉は、特別に設計された部分燃焼装置である。ガス化炉の反応域で、炭化水素系燃料を、任意には温度調節剤の存在下、遊離酸素含有ガスと接触させる。反応域では、内容物は、通常約１７００°Ｆ（９３０℃）〜約２８００°Ｆ（１６５０℃）の範囲、さらに典型的には約２０００°Ｆ（１１００℃）〜約２８００°Ｆ（１５４０℃）の範囲の温度に達するであろう。圧力は、典型的には約１気圧（１００ＫＰａ）〜約２５０気圧（２５０００ＫＰａ）の範囲、さらに典型的には約１５気圧（１５００Ｋｐａ）〜約１５０気圧（１５０００ＫＰａ）の範囲である。
【００２４】
多くの用途では、燃料はかなりの量の灰を含む。ガス化温度では、灰は部分的又は完全に溶融する。灰がガス化炉から出るまでは灰を溶融状態に保っておくのが一般に好ましい。さもないと、粒状物が堆積して炉を塞いでしまうおそれがある。しかし、この溶融灰つまりスラグは、それと接触する表面に対しては非常に過酷である。溶融灰は、耐火性れんがを攻撃し、こうしたれんがは定期的に交換しなければならない。
【００２５】
ガス化炉は、ガス化炉内部の圧力に耐えるように設計しなければならない。そのため、図１の金属製シェル１０が一般に必要とされていた。シェルは、鋼製、モリブテン製又は適切な材料製であればよい。このシェルは、作動中のシェルが到達する最高温度においてガス化炉で生成する圧力に耐えることができるものでなければならない。ガス化炉の内部の典型的な温度である約２０００°Ｆ（１１００℃）では、鋼の強度は大幅に損なわれる。
【００２６】
そのため、ガス化反応域とシェルの間には１層以上の断熱れんが２２がある。この断熱れんがは、約６インチ（１５ｃｍ）から約１０インチ（２５ｃｍ）を優に超える厚さである。れんがは、通常は、複数の重なりあう層として存在する。れんがは、適切な耐火材料でできている。多くの場合、アルミナ、クロミア、マグネシア又はこれらの混合物である。断熱れんがは、ホットフェースれんがよりも低密度の材料として注型される。
【００２７】
熱電対マウントは、ガス化炉のシェル及び断熱れんがを貫通する開口部３２を通して延在していなければならない。金属製シェルと断熱れんがの間で熱膨張率が異なる。従って、ガス化炉の温度が上下すると、シェルと断熱れんがとは通常互いに相対移動する。シェル及び断熱れんがを貫通する開口部３２（これを通して熱電対が延在する）は、シェル、断熱れんが及びホットフェースれんがが、熱電対を剪断せずに、互いに相対移動できる程度の十分な直径のものでなければならない。本発明の一実施形態では、開口部は直径約０．５インチ（１．３ｃｍ）〜約６インチ（１５ｃｍ）である。開口直径は、好ましくは直径約１インチ（２．５ｃｍ）〜約４インチ（１０ｃｍ）であり、さらに好ましくは直径約１．５インチ（３．８ｃｍ）〜約２．５インチ（６．４ｃｍ）である。
【００２８】
断熱れんがの内面には、１層以上のホットフェースれんが２４がある。このホットフェースれんがは断熱れんがと組成が類似していることが多いが、概して断熱れんがよりも高密度である。このホットフェースれんがは断熱れんがよりも熱伝導性が高い。このホットフェースれんがは、適切な耐火材料、例えばアルミナ、クロミア、マグネシア又はこれらの混合物から作られる。このホットフェースれんがはガス化反応域に暴露される。かなりの量のスラグ、供給原料全体の約０．１重量％を超えるスラグを含む供給原料に対して、ホットフェースれんがは、好ましくは、高クロミア、マグネシア又はそれらの混合物のようなスラグ耐性の高い対価材料で構成される。
【００２９】
１層以上のホットフェースれんが層２４は、厚さ約４インチ（１０．２ｃｍ）〜約１４インチ（３６ｃｍ）である。好ましいホットフェースれんがの厚さは約６インチ（１５ｃｍ）〜約１２インチ（３１ｃｍ）、さらに好ましくは約８インチ（２０ｃｍ）〜約１０インチ（２５ｃｍ）である。
【００３０】
熱電対の寿命は、ガス化プロセスに存在する環境下、特にガス炉に存在する環境下では非常に短い。
熱電対の比較的短い寿命は、ガス化炉の作動時に優勢な腐食性雰囲気にある程度起因する。この環境下で保護されないまま残された熱電対は、すぐに攻撃され、使い物にならなくなる。かかる攻撃は、熱電対が炉内に存在する溶融スラグと接触したときに最も深刻なものとなる。かかる熱電対は、数分のうちに作動しなくなる。
【００３１】
本発明の熱電対センサ３０は、ホットフェースれんが２４の層の背後に装着される。熱電対２６は、サーモウェルの有無を問わず、鋼製反応炉シェル１０の開口部、それと整列した耐火断熱れんが２２の開口部３２、次いでホットフェースれんが２４の途中まで順次真っ直ぐに通過する。
【００３２】
温度応答、すなわちガス化炉の温度変化が熱電対の応答として反映されるまでの時間は、熱電対とガス化反応域の間のホットフェースれんが層の厚さにある程度依存する。さらに、ホットフェースれんがのわずかな断熱効果の結果として、ホットフェースれんがの背後に装着された熱電対の表示値は低くなる。時間的遅延及び温度差は、熱電対センサ３０とガス化炉内部との間のホットフェースれんが層が厚くなるほど顕著になる。熱電対センサとガス化炉内部との間のホットフェースれんが層の厚さは約１２インチ（３１ｃｍ）未満とすべきであり、好ましくは９インチ（２３ｃｍ）未満、さらに好ましくは約６インチ（１５ｃｍ）未満、最も好ましくは約４．５インチ（１２ｃｍ）未満である。同時に、ホットフェースれんがは、溶融スラグ及びガス化炉内の雰囲気によって攻撃され、破損することがある。破損は、熱電対の前方のホットフェースれんがの厚さの減少に起因する応力によって促進される。従って、ホットフェースれんがの厚さは、好ましくは約２インチ（５ｃｍ）よりも大きく、さらに好ましくは約３．５インチ（８．９ｃｍ）よりも大きい。多量の溶融スラグ（すなわち約０．１重量％以上のスラグ）を生成する炭化水素系供給原料に対しては、ホットフェースれんがの厚さは、好ましくは約３．５インチ（８．９ｃｍ）よりも大きく、さらに好ましくは約４インチ（１０ｃｍ）よりも大きい。
【００３３】
これらの寸法は、様々な供給原料毎に異なる。熱電対を収容した開口部とガス化炉内部との間のホットフェースれんがの厚さは、ホットフェースれんがの厚さの約２０％〜約１００％の範囲でよく、好ましくは約３０％〜約６６％、最も好ましくはホットフェースれんがの厚さの４０％〜６０％の範囲である。開口部とガス化炉内部との間の厚さが１００％未満である限り、開口部は断熱れんがの開口部から連続して延在しているのが好ましい。ガス化炉内部から見るとホットフェースれんがは、有意の量の材料が除かれてはいない。
【００３４】
本発明の特に好ましい実施形態では、ホットフェースれんがの平均厚さは約８インチ（２０ｃｍ）〜約１０インチ（２５ｃｍ）であり、熱電対の前方のホットフェースれんがの厚さは約３．５インチ（８．９ｃｍ）〜約４．５インチ（１１．４ｃｍ）であり、開口部又はホットフェースれんがの途中まで延在する開口部を有する。この開口部は、シェル及び断熱れんがを貫通する開口部と連続している。この開口部は、注型によって断熱れんが及びホットフェースれんがに形成することができるし、或いは組み立てられたれんがに機械加工してもよい。開口部の寸法及び耐火材料への設置は、ガス化炉の昇温又は冷却時の熱膨張及び移動によって熱電対が剪断されないようにすべきである。
【００３５】
熱電対の前方の厚さ４インチのホットフェースれんがでは、図１に示すような断熱れんが、外部シェル及びフランジアセンブリとの組合せにおいて、炉内の温度変化に対する熱電対の応答に２０秒〜３０秒の遅れがある。熱電対の表示値は、従来通り装着した熱電対よりも約１００°Ｆ（５５℃）〜約３００°Ｆ（１７０℃）低くなる。しかし、把握し較正しさえすれば、いずれの因子についても炉の作動及び制御に際して換算することができる。
【００３６】
熱電対は、熱電対センサ３０が断熱れんが２２及びホットフェースれんが２４に触れないように装着すべきである。熱電対センサは、熱電対センサとガス化炉内部との間のホットフェースれんがの背面から０．２５インチ（０．６ｃｍ）〜３インチ（７．６ｃｍ）に位置しているのが好ましく、さらに好ましくは０．５インチ（１．２ｃｍ）〜１インチ（２．５ｃｍ）に位置する。
【００３７】
熱電対２６は一対のワイヤ１８を含む。ワイヤは、熱電対を熱源に暴露したときにそれらの間に電位差が生じるような異なる金属含有量を有する。例えば、ワイヤはそれらの主要成分としてプラチナ及びロジウムを含んでいてもよいが、プラチナ及びロジウムの量は２本のワイヤで異なる。例えば、ワイヤの一方は３０％のロジウムを有し、他方のワイヤは約６％のロジウムを有していてもよい。或いは、ワイヤの一方が純プラチナで、他方のワイヤが１０％又は１３％のロジウムを含んでいてもよい。両ワイヤ共に、残部は主にプラチナである。
【００３８】
熱電対センサは保護シース２８の端部に装着するのが一般に好ましい。ワイヤは、高温側接合部３０及び低温側接合部（図示せず）で互いに接合している。「高温側」及び「低温側」という用語は、ガス化炉の温度の測定に用いたときに、高温側接合部３０が熱源の近くに位置するので用いる。２本のワイヤの電位差が測定される。電位差をどのように測定するかは重要でない。実際、電位差を測定するための様々な手段が当業者に公知である。そうした方法のいずれを本発明で用いてもよい。例えば、熱電対回路に電圧計を設けてもよい。好ましい別法では、低温側接合部を温度送信器（図示せず）に設けてもよい。温度送信器で生成した信号を、信号伝送手段（図示せず）によって制御室その他の場所へ中継すればよい。
【００３９】
高温側及び低温側接合部を除いて、熱電対の２本のワイヤは互いに電気的に絶縁されている。どのように絶縁するかは重要でないが、電気的絶縁は、保護シース２８内の高温高純度セラミックインサート又は注型によって分離された穴によってもたらされる。
【００４０】
本発明の２つの実施形態がある。第１の実施形態では、熱電対に追加の保護をもたらすためにサーモウェルを使用する。熱電対は、フランジから延在するサーモウェル内に囲まれる。サーモウェルは、ある条件下で熱電対をガス化作業に役立てることができる圧力（ガス）バリアを生成する。ガスバリアは絶対的なものでなくてもよい。例えば、米国特許第５００５９８６号（その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。）に開示されたパラジウム／銀サーモウェルは水素に対して透過性である。それにもかかわらず、サーモウェルは、ある条件下で熱電対が主に大気圧で存在することができるようにする。しかし、欠点は、熱電対が炉内に延在すること及びホットフェースれんが内での破損によって、腐食性、侵食性の溶融スラグが圧力バリアを直接攻撃できるようになることである。従って、これは、本発明の好ましい実施形態ではない。
【００４１】
熱電対及びサーモウェルアセンブリは、サーモウェルを熱電対フランジ１４にスクリュー、ボルト又はクランプ止めすることによって、固定される。２つの別個の接合部の使用によって、サーモウェルを除去せずに熱電対２６を交換できるという点で効率が増す。
【００４２】
或いは、圧力シールを形成せずに熱電対を保護するために保護シース２８を用いてもよい。熱電対ワイヤは、ある地点で加圧容器から出なくてはならない。ワイヤは、着脱可能なフランジ１４に嵌合するブッシングと接触する圧力シール取り付け具を通過する。フランジ１４は、圧力容器ガス化炉の鋼製外壁と対合する径違いフランジ１２と対合する。
【００４３】
熱電対ワイヤ周囲の圧力シールは、温度がガス化温度からかなり下がった位置、すなわち、約１０００°Ｆ（５４０℃）未満、好ましくは約６００°Ｆ（３２０℃）未満、さらに好ましくは約４００°Ｆ（２００℃）未満に下がった位置でなされるのが好ましい。従って、圧力シールは、ホットフェースれんが内での破損の結果による溶融スラグからの攻撃に付されなくなる。スラグは凝固して圧力シールには達しない。さらに、エラストラマーその他の圧力シール接続具は、一般に、ガス化炉の温度に暴露されなければ、より長い寿命を有するであろう。圧力シールは、熱電対フランジ１４の近傍又はその内部に設けられる。
【００４４】
保護シースは、一般に、アルミナ、クロミア、マグネシア又はそれらの混合物のような適切な耐火材料からなる。しかし、保護シースは溶融スラグに暴露されないので、たとえ炉が溶融スラグを含んでいても、より安価なアルミナで製造することができる。保護シースは、一般に、２つの電気的接続部の間に延在する絶縁体を含む。好ましい実施形態では、保護シースは、保護シースの長さを貫通する穴を有しており、熱電対ワイヤは穴を通り、穴はワイヤが接合する１点を除いて互いに交差しない。
【００４５】
上記保護シースに加えて、慣用されている他の保護シースや当業者によって開発されたものを用いてもよい。熱電対センサと保護シースを取り囲む追加の保護シースが好ましいこともある。かかるシースは、Ａｌ₂Ｏ₃、クロム−マグネシア、高クロム、モリブテン、ステンレス鋼又はそれらの混合物又は組合せのような、耐火性及び／又は非耐火材料のバリアを含む。組合せとは、同一のシースにおける２種以上の異なる金属を意味している。
【００４６】
本発明の実施形態では、保護シースは、内側保護シース及び外側保護シースを含んでいてもよい。内側の保護シースは、アルミナ、マグネシアのような高密度で低い多孔性の耐火材料から作ることができる。注型可能な耐火材料、典型的には高密度、低い多孔性の耐火材料を内側保護シースの周囲に流し込んで硬化させると、内側保護シースの開口以外の部分をすべて覆う外側保護シースが形成される。好ましくは、この注型可能な高密度、低い多孔性の耐火材料は、酸化クロム又はクロミア−マグネシアからなる。
【００４７】
ホットフェースれんがは圧力シールを形成しない。従って、フランジ又はフランジ１２及びフランジ１４、又は圧力をシールするための他の適切なアセンブリが存在していなければならない。必要に応じて熱電対を使用することができるように、このアセンブリが着脱自在であると有益である。少なくとも１つのフランジは、ガス化炉シェルの開口部をシールすることによってガス化炉を気密にする好ましい手段であると同時に、整備用に熱電対を取り外す手段を提供する。対合フランジをの代わりに、ネジ付きキャップ及びノズル又は他の接続手段を用いることもできる。
【００４８】
フランジは、好適には、ホットフェースれんが及び断熱れんがからの放射熱から保護される。さもなければ、フランジは過度に熱くなってしまいかねない。保護方法の１つは、ガス化炉シェルから外方向に取り付けられたフランジ及び対向するフランジであり、熱電対はフランジを通して延在しているとともに、フランジ本体内で保護シースを取り囲む少なくとも１つの、好ましくは複数のワッシャー装置２０を通して延在する。これらのワッシャー装置はドーナツ状の外観を有しており、保護シースを取り囲んでいる。これらのワッシャー又はドーナツは、柔軟な断熱性材料からなる。カオウール（ｋａｏｗｏｏｌ）からなるドーナツが特に好ましい。これらのドーナツ及びワッシャーの間に配置した薄い柔軟性バリア３４も有益である。
【００４９】
これらのドーナツ、ワッシャー及び薄い柔軟バリアは、ホットフェースれんがからの放射熱から開口部をシールする。このホットフェースれんがは黒体のように作用し、保護シースが通る経路に沿って熱を放射することができる。保護シースはほぼ真っ直ぐである。この放射熱をブロックすることによって、保護シースが圧力シールから出て従来のワイヤと結ばれる点は、約１０００°Ｆ（５４０℃）未満、さらに好ましくは約４００°Ｆ（２００℃）未満に保つことができる。これらのドーナツ、ワッシャー及び薄い柔軟性バリアは熱の対流に対するバリアも形成する。
【００５０】
径違いフランジ１２を使用すると、これらのドーナツ、ワッシャー及び薄い柔軟性バリアの妨害を最小限にして、熱電対を取り外し、使用することができる。この実施形態の熱電対自体は、熱電対フランジ１４に装着される。この熱電対フランジの外側では、温度が十分に低がるので、熱電対リードを、例えば、コンジット内のターミナルブロック１６によって従来の高温ワイヤに接合することができる。このコンジットは、ガスが例えば制御室に邪魔されずに移動しないようにするためのガスシールを有していてもよい。加圧ガス化炉及び大気圧コンジットの間の圧力シールは、好ましくは熱電対フランジ１４の内部又は近傍に設けられる。
【００５１】
本発明の様々な実施形態によってホットフェースれんがの背後に熱電対を配置すると、他の効果の中でも特筆すべきことに、耐スラグ保護シース内に格納された従来の熱電対を超えて熱電対の有効寿命を増加する。
【００５２】
別の実施形態では、１以上の熱電対を、ホットフェースれんがの背後の少なくとも対応する数の内部保護シースを有するキャビティ３２内に挿入する。かかる実施形態では、１以上の熱電対の遠位端３０を、好適には保護シース長に沿った異なる位置に配置するか、或いは保護シースがキャビティ内の異なる深さまで延在する。熱電対センサの深さが、ホットフェースれんがの面から少なくとも２インチ（５ｃｍ）ずつ異なっているのが好ましい。例えば、２つの熱電対が用いられる実施形態では、最終的には保護シースを突き通るスラグは、通常は最初にチップに最も近い位置の熱電対に到達するであろう。するとこの熱電対は故障する。その後、スラグが第２の熱電対に到達して故障させるまでには、さらに時間がかかる。従って、プロセスを運転できる期間が長くなり、ガス化炉の停止及び改修について、緊急停止の必要性を生じずに、予め計画を立てておくことができる。第２の熱電対で得られる精度は第１の熱電対程よくないが、その差は、第２の熱電対に対しての読みが第１の熱電対の破損前に収集されたデータに基づいて訂正されるので、プロセスの制御に対して問題を引き起こさない。
本発明の別の実施形態では、ガス化炉温度を測定するための他の１以上の手段、例えば、限定されるわけではないが、保護シース及びホットフェースれんがを通して延在する穴に適宜配置されたサーモウェル内の従来の熱電対が存在していてもよく、上記シースは、上述の耐火材料又は適切であるとわかる耐火材料からなるものでよい。ホットフェースれんがの背後に設置された熱電対で記録された温度を、ガス化炉の環境にもっと直に暴露されている熱電対の温度で収束させると、ホットフェースれんがの状態を評価するのに用いることができる。例えば、ガス化炉内部により完全にさらされた熱電対よりも通常は例えば２００°Ｆ（１１０℃）低い読みをするホットフェースれんがの裏側の熱電対が、ガス化炉内部により完全にさらされた熱電対よりも例えば１００°Ｆ（５５℃）低い読みにより近づいた場合、ホットフェースれんがの層が薄くなっていることは明白である。２つの測定値が同じであれば、ホットフェースれんがの実質的な破損が明らかになる。最後に、熱電対がスラグの攻撃によって機能を停止した場合は、このことはスラグによるホットフェースれんがの破損、少なくとも、熱電対とガス化炉内部の間のホットフェースれんがの深さまでの侵入が明らかになる。問題が現実になる前にホットフェースれんがの破損を把握することによって、より秩序的な停止及び停止時の保守整備のための準備時間がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス化炉の壁の一部の断面図であり、ガス化炉のシェルの外部に装着され、ガス化炉金属シェル、１層以上の断熱れんが、さらに適宜ホットフェースれんがの途中まで延在する熱電対を有する本発明の実施形態を示す。

Claims

炭化水素系材料をガス化するためのガス化炉における熱電対設備であって、ガス化炉が溶融スラグを収容しているとともに、ガス化炉の外側から炉内部に向かって順にシェル（１０）と断熱れんが（２２）とホットフェースれんが（２４）とを備えており、当該熱電対設備が、
シェル（１０）及び断熱れんが（２２）を完全に貫通しているが、ホットフェースれんが（２４）を完全には貫通していない開口部（３２）を通して延在する保護シース（２８）に格納された熱電対センサ（３０）及びワイヤ（１８）を含んでおり、当該熱電対設備が、シェル（１０）から外方向に取り付けられた熱電対フランジ（１４）であって、その間を上記熱電対が延在している熱電対フランジ（１４）をさらに含んでおり、該熱電対フランジ（１４）内で上記保護シース（２８）を取り囲む少なくとも１つのワッシャーデバイス（２０）をさらに含んでいる、熱電対設備。
上記保護シース（２８）が、アルミナ、クロミア、マグネシア又はそれらの混合物を含む、請求項１記載の熱電対設備。
上記保護シース（２８）が、上記保護シース（２８）の長さを軸方向に貫通する２つの穴を含んでいて、上記熱電対ワイヤ（１８）が上記穴を通り、上記穴同士が１点でしか交差しない、請求項１又は請求項２記載の熱電対設備。
上記熱電対センサ（３０）が、上記熱電対センサ（３０）と上記ガス化炉内部との間の上記ホットフェースれんが（２４）の背面から０．６ｃｍ（０．２５インチ）〜８ｃｍ（３インチ）の位置に配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記開口部（３２）の直径が２．５ｃｍ（１インチ）〜１０ｃｍ（４インチ）である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記熱電対センサ（３０）と上記ガス化炉内部の間の上記ホットフェースれんが（２４）層の厚さが、５ｃｍ（２インチ）〜２３ｃｍ（９インチ）である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記溶融スラグの生成量が炭化水素系材料の０．１重量％以上であり、上記開口部（３２）と上記ガス化炉内部の間の上記ホットフェースれんが（２４）層の厚さが８．９ｃｍ（３．５インチ）〜１２ｃｍ（４．５インチ）である、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記開口部（３２）が上記ホットフェースれんが（２４）の途中まで延在し、上記ホットフェースれんが（２４）層の厚さが上記開口部（３２）と上記ガス化炉内部の間では８．９ｃｍ（３．５インチ）〜１５ｃｍ（６インチ）であり、その他の場所では２０ｃｍ（８インチ）〜２５ｃｍ（１０インチ）である、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記熱電対ワイヤ（１８）及びセンサ（３０）を、内側保護シースと外側保護シースとを含む複数の保護シース（２８）で格納することをさらに含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記内側保護シース（２８）がアルミナ、マグネシア、クロム−マグネシア、高クロミア又はそれらの混合物を含み、上記外側保護シース（２８）がアルミナ、マグネシア、クロム−マグネシア、高クロミア、モリブテン、ステンレス鋼又はそれらの組合せを含む、請求項９記載の熱電対設備。
上記熱電対をサーモウェルに格納することをさらに含む、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記ワッシャーデバイスがカオウールからなる、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の熱電対設備。
１以上の保護シース（２８）に格納された複数の熱電対センサ（３０）及びワイヤ（１８）をさらに含み、上記複数の熱電対センサ（３０）が上記ホットフェースれんが（２４）の表面から、互いに少なくとも５ｃｍ（２インチ）ずつ異なる距離にある、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記ワッシャーデバイスが複数存在する、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の熱電対設備。
上記熱電対センサ（３０）が上記断熱れんが（２２）にもホットフェースれんが（２４）にも触れない、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項記載の熱電対設備。