JP4771393B2 - ホットガスの急冷のための装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、１３００℃を超える温度でガス化反応器を出てくるホットガスを冷却するための方法及び装置であって、ガスが腐蝕性水性液体と接触する方法及び装置に関する。
【０００２】
関連発明は、より価値の低いハロゲン化材料から１種以上の有用な製品を製造するための方法及び装置についての先行特許出願である１９９９年７月１日に出願されたＰＣＴ国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／２６２９８であり、ＷＯ９９／３２９３７を含む。このPCT出願はハロゲン化材料、特に、種々の化学製造プロセスから生じた副生成物及び廃棄塩素化炭化水素から実質的になるフィードを、１種以上の「より高い価値のある製品」へとガス化反応器における部分酸化改質工程を介して転化するための方法及び装置を開示している。
【０００３】
先行出願に記載される方法において、ガス化セクションを出てくる気体は高温であり、例えば、約１４００℃〜１４５０℃であり、そして有意な濃度のハロゲン化水素を含む。これらの気体の冷却は、好ましくは、再循環される、冷却された水性液体がこのホットガスと激しく接触される、ハロゲン化水素クエンチで行われ、所望の冷却が行なわれる。冷たい、濃縮された塩酸は有用なクエンチ液体と呼ばれ、そして種々のクエンチ装置は記載され、そしてクエンチ装置にはオーバーフローせきクエンチ(overflow weir quench)が含まれる。
【０００４】
端的には、せきクエンチは下部平板に侵入している１つ以上の短い垂直なせきシリンダーを有する容器である。下部平板は上部チャンバーと下部チャンバーとの間のパーティションを形成する。クエンチ液体は容器側壁と中央シリンダーとの間及び平板上方に形成される環状体積部に流れこむ。液体は好ましくは連続的にシリンダーの上をオーバーフローし、そしてシリンダーの内側壁を流れ落ちるようになっている（このため、「オーバーフローせきクエンチ」と呼ばれる）。同時に、ホットガスが容器及びシリンダーをとおして下方領域に流れ落ちるように向けられるときに、液体がガスを冷却してこの液体が蒸発しながら、液体とガスとの並流はガス流の緊密混合及び冷却を生じさせる。せき周囲の液体のインベントリーは、このような態様において、液体流の一時的な遮断時の貯めとして作用することができる。
【０００５】
上記のとおりのせきクエンチの液体オーバーフローは３つの様式のうちの１つで操作することができ、中間の様式が好ましい。第一の様式では、低い液体流速はせきシリンダー内壁を完全に濡らすには不十分であることがある。第二の好ましい様式では、液体流速はせきクエンチの内壁を完全に濡らすために十分であり、完全な液体カーテンを形成するために十分であるが、せきの断面を完全に満たすほどには大きくない。すなわち、ガス流領域はせき直径の下に依然として存在しているであろう。第三の操作様式では、液体流速は非常に大きいので、沈んだオリフィスとしてせきが機能するまで液体のバックアップが起こる。
【０００６】
上記及び先行出願に記載されるオーバーフローせきクエンチを使用することに伴う１つの問題は、クエンチ容器壁のために適切な材料を用意することにある。ホットドライガス環境からの腐蝕性効果に耐えることができかつ腐蝕性液体水性環境に耐えることができる材料を見つけなければならない。腐蝕性の水性液体とホットガス流の両方に暴露される壁部分は過酷な腐蝕性作用を受ける。このため、気／液界面に接触するクエンチ容器壁の領域のために選択される材料は非常に重要である。本発明は容器壁腐蝕を最小化するための上記材料の問題を解決するための幾つかの方法及び装置を提供する。
【０００７】
１つの態様において、本発明は１１００℃を超える温度のガスを受け入れそしてこのガスを水性ハロゲン化水素液体などの水性腐蝕性液体と接触させるための改良されたクエンチ容器（せきクエンチ又は他の設計）を含む。容器は好ましくはホットフェース材料でライニングされた上部壁部分を含む。ホットフェース材料は当業界によく知られておりそしてＡｌ₂Ｏ₃、耐火性レンガ、１４５０℃の範囲のホットドライ温度に耐えることができる耐火性材料などの材料を含む。容器は好ましくは圧壁もしくはシェルを含み、さらに、少なくとも容器の最も熱い上部領域に対して、外側容器壁温度を制御するために圧壁もしくはシェルにジャケッテイングを含む。好ましくは、クエンチ容器上部領域はカーボンベースの材料、SiC材料又は腐蝕性水性液体を閉じ込めるのに適する他の非金属材料からなる内側下部壁部分をも含む。
【０００８】
本発明の１つの態様において（図９及び下記の添付の説明を参照されたい）、膜壁は液／気界面レベル近傍の容器内壁上にある。クエンチ中の液／気界面レベルは幾分か変化することができる。しかしながら、レベルは、商業規模での幾つかの態様では、数フィートになることができる高さ範囲にあることが予測されうるはずである。膜壁は冷却流体を循環するための内部チャンネルを提供するチューブを含む。又は、カーボンブロックもしくはリング壁は液／気界面近傍の容器内壁上にあることができ、ブロックは上記の膜壁と同様に、冷却流体を循環させるための内部通路を提供する（図４及び下記の添付の説明を参照されたい）。膜又はカーボンブロック壁で、内壁表面は乾燥したままとなる。
【０００９】
さらなる乾燥壁の態様において、SiC、グラファイト、シリカ又は同様の材料ブロック又はリングは液／気界面の上方及び下方の近傍の容器内壁上にある（図１２及び下記の添付の説明を参照されたい）。液／気界面の下方のリングと液体との接触は、界面の上方の濡れた部分も約１０００℃未満となるように、SiC、グラファイト、シリカなどの材料を介しての熱移動によりブロック又はリングの上部部分を冷却し、上記材料はその温度では腐蝕に十分に耐えることができ、ホットガスとの接触には耐えられない。
【００１０】
本発明の別の態様において、グラファイトリング壁が液／気界面レベル近傍の容器内壁上にあることができ、このリングは冷却流体と連結されており、冷却液体を吐出するためのポートを有する。このようなリング及びポートはポートの下方及び界面の上方に、実質的に容器内壁下方に向って冷却流体を吐出するような構造となっている。グラファイトリングは容器内壁に取り付けられて、リングポート上方で内側に延在しているグラファイトスプラッシュバッフルを含むことができる（図６を参照されたい）。別の態様において、容器は液／気界面レベル近傍の容器内壁上にある多孔性スウィーピングセラミック壁（しばしば当業界で「ウィーピング壁」と呼ばれる）を含むことができ、ここで、セラミック壁は冷却流体と連絡するための冷却流体源と連絡されている（図１０及び下記の説明を参照されたい）。冷却流体は壁を浸透して通過し、内壁表面に落ち、そして壁を冷却し、そして内壁表面上に液体カーテンを形成する。浸透して出てくるのは浸透を望まないセラミック壁表面を不浸透状態に仕上げ又はコーティングすることにより所望の表面部分に限定される。
【００１１】
別の態様において、本発明は少なくとも１３００℃の温度の腐蝕性ホットガス流を急冷するための装置を含み、この装置は、気体流の源と流体連絡されており、気体流を受け入れそして気体流を水性液体と接触させるクエンチ容器、及び、クエンチ容器と前記源との間にある、乾燥環境で１１００℃未満に気体流を冷却するための手段を含む。冷却するための手段は、輻射クーラー、対流クーラー又はドライスプレークエンチを含むことができる。
【００１２】
本発明は、また、ホットガス流を急冷するための方法をも含み、その方法は、クエンチ容器中に１１００℃を超える温度で気体流を受け入れること、腐蝕性水性液体をクエンチ容器に循環させること、冷却流体で液／気界面レベル付近の容器壁部分を冷却することを含み、冷却流体は壁内に循環されるか又は内壁表面上に吐出されるかのいずれかである。別の態様において、本発明は腐蝕性ホットガス流を急冷するための乾燥環境での方法を含み、１３００℃を超える温度で腐蝕性ガス流を受け入れること、乾燥環境下に１１００℃未満にガス流を冷却すること、及び、その後、クエンチ容器内で水性液体とガスを接触させることにより２００℃未満の温度にさらにガス流を冷却することを含む。
【００１３】
ハロゲン化材料のガス化プロセスの態様は本発明での適切な応用性を与えるので、背景の目的で最初に議論する。例示のガス化プロセスは先行の関連のＰＣＴ出願において記載されるタイプのものであり、そして図１のブロックフローダイアグラムに例示されるように、５つの主要な処理領域からなる。
１）ガス化器２００
２）クエンチ３００
３）粒状物除去及び回収３５０
４）水性ＨＣｌ回収及び清浄化４００、４５０
５）シンガス仕上７００
【００１４】
ガス化の態様のレビューは本発明を概観するのを補助する。態様は塩素化有機（ＲＣｌ）フィードであると仮定する。
【００１５】
図２により詳細に例示されそして下記により詳細に議論されているように、好ましい態様のガス化器領域２００はハロゲン化材料を改質することを主要な目的とするための２つの反応容器Ｒ−２００及びＲ−２１０並びに補助装置からなり、ここでは、ハロゲン化材料はＲＣｌと仮定する。液体ＲＣｌ流１４４を第一反応器Ｒ−２００中に、好ましくは純粋酸素流２９１及びスチーム流２９８とともに微粒化する。過酷なガス化環境において、ＲＣｌ及び他の有機成分は一酸化炭素、塩化水素及び水素へと部分酸化されて転化され、より少量の水蒸気及び二酸化炭素は煤（本質的に炭素である）を含む微量要素とともに生じる。Ｒ−２００からの気体流は好ましくは第二の反応器Ｒ−２１０中に流れ、ここで、全ての反応は完了まで進行し、このため、全てのハロゲン化種についての非常に高い転化率を生じ、煤などの所望されない副生成物を最小化する。
【００１６】
第二の反応器Ｒ−２１０からのホットガスは好ましくは循環水性流との直接的な接触によってクエンチ領域３００で冷却される。反応器流出シンガス及び再循環水性流は最も好ましくはせきクエンチ容器中で緊密混合される。その後、混合物は好ましくは気／液セパレータドラムへと流れ、そこから、急冷された気体流がオーバーヘッドを通過しそしてボトム液体は冷却されそしてせきクエンチにリサイクルされる。
【００１７】
クエンチ気／液セパレータからオーバーヘッドを通過するガス流中の粒状物は主に煤からなり、少量の金属及び金属塩を含み、それはアトマイザー又はスクラバーにおいてガス流からスクラビングされる。
【００１８】
気／液セパレータスクラバーからのガス流は次に好ましくはＨＣｌ吸収カラム４００中に導入される。非凝縮性シンガス成分のガス流はアブゾ−バー（吸収カラム）のオーバーヘッドを通過し、そしてシンガス仕上領域７００を通過する。アブゾーバー中に導入されるシンガス流中のＨＣｌは吸収されて、濃縮された水性酸ボトム流を形成する。この高い品質の水性酸流は好ましくはろ過され、そして吸収床４５０を通過し、最後の微量の不純物を除去し、販売又は内部使用に適切な高品質の水性ＨＣｌ製品を生じる。カセイアルカリスクラバー及びシンガスフレア装置はシンガス仕上領域７００の少なくとも一部を構成する。カセイアルカリスクラバー又はシンガス仕上カラムはシンガス流からの最終の微量のＨＣｌを吸収するためにカラムの下部セクション中のセル流出物を使用する。このポイントで、ガスは最終消費者にパイプ送りされうる。
【００１９】
本発明での主な使用に供する、一般的にハロゲン化材料のガス化反応器プロセスの態様をレビューしたので、ガス化器２００を若干、より詳細に図２に例示されるようにレビューされるであろう。ガス化プロセスの製品は簡単に議論されるであろう。
【００２０】
ガス化器領域２００は、特に好ましい態様において、上記に議論されるように、ハロゲン化フィード材料の改質を主たる目的とした２つの反応容器Ｒ−２００及びＲ−２１０並びにその関連装置からなる。第一ガス化器Ｒ−２００は、例示された好ましい態様において、ダウンファイヤーされる(down fired)ジェット攪拌型反応器として機能し、その主たる目的は液体燃料を微粒化し、液体燃料を蒸発させ、そして燃料と酸素、緩和剤（moderator)及びホット反応生成物とを徹底的に混合する。ガス化器は約１４５０℃及び５バールゲージ（７５psig)で操作する。これらの過酷な条件は全てのフィード成分のほぼ完全な転化を確保する。
【００２１】
好ましい態様における第二ガス化器Ｒ−２１０は第一のガス化器の反応を平衡まで進行させるように機能する。第二のガス化器Ｒ−２１０は１４００℃及び５バールゲージ（７５psig)で操作する。このことは熱損失があまり制限されていない第一のガス化器で確立される条件の簡単な相関である。
【００２２】
以下は所望のＣＯ、Ｈ₂及びＨＣｌ以外の種の製造についてのガス化器装置の典型的な操作性能を示す。
出口ガスＣＯ₂濃度：１．０〜１０．０体積％
出口ガスＨ₂Ｏ濃度：１．０〜１０．０体積％
【００２３】
以下の例は背景のために提供される。
例１
以下のフィード流を適切な混合ノズルをとおして上記の態様によるガス化器にフィードした。
塩素化有機材料：９０３７ｋｇ／ｈｒ
酸素（９９．５％純度）：４４１９ｋｇ／ｈｒ
リサイクル蒸気又は緩和剤：４５４０ｋｇ／ｈｒ
（５８．８重量％水蒸気、４１．２重量％塩化水素）
【００２４】
得られたガス化反応は塩化水素に富む合成ガス流となり、チャンバー条件は約１４５０℃および５bargであった。
【００２５】
上記の態様によると、以下の蒸気流はクエンチ容器にフィードされてよい：４１，５１６ｌｂ／ｈｒ（３８．５ｗｔ％ＣＯ、３７．３ｗｔ％ＨＣｌ、１０．８ｗｔ％ＣＯ₂、８．９ｗｔ％Ｎ₂、１．７ｗｔ％Ｈ₂）。クエンチの機能は熱バランスが維持されかつ液体流量がほぼ上記の適切な範囲となることを要求する。この範囲は上記のガス化プロセスの態様により許容されるクエンチ性能では約５００ｇｐｍ〜１５００ｇｐｍであることができる。クエンチはガス化器装置の圧力で操作し、それはここでも約５barg（７５psig)である。インレット温度は通常、約１４００℃であることが期待され、そして出口温度は約１００℃である。クエンチ液体流は上記のガス化プロセスの態様についての基本設計条件で、クーラーから６０℃で約６４００リットル／分（１４００ｇｐｍ）であることが期待される。
【００２６】
せきクエンチに供給されるクエンチ液体は好ましくは循環溶液である。せきクエンチチャンバーから出てくる２相流は気／液セパレータに流れることが期待される。液滴は蒸気流から分離されて、比較的に液体を含まない蒸気がオーバーヘッドを通過して、粒状物スクラビング装置に入る。回収された液体はグラファイトプレート及びフレーム熱交換器又は他の適切な交換器にポンプ送りされ、クエンチ液体としてせきクエンチに戻ってくる。この交換器は１４００℃から約１００℃にガスを急冷するための熱容量を除去し、それは基礎条件で約３７ＭＭｋＪ／ｈｒ（３５ＭＭＢＴＵ／ｈｒ）である。循環速度及び交換器出口温度は上記のせきクエンチの操作上の拘束の範囲内で、水バランスによりさらに決められる境界及び汚染物除去効率の範囲内で所望のクエンチ出口温度を達成するように変更されうる。
【００２７】
クエンチ中での激しい気／液接触のために、スクラブ液体はガス相とほぼ平衡に近い。装置のためのメークアップ液体は粒状物スクラバーから来ることができ、ガスからＨＣｌを吸収するのを避け、スクラバーを通過して、ＨＣｌがアブゾーバーで販売可能な酸として捕獲されうるために十分に高いＨＣｌ濃度である。
【００２８】
文献及び実験データは、上記のようなクエンチ装置において使用されている従来の材料が容器内の気／液界面での腐蝕性の兆候を示すことを示している。これらの条件に耐えることができる材料を見つけるか、又は、操作の間にクエンチ装置内のこの界面で腐蝕がさほど過酷でなくかつ容赦しない問題にならない別の手段を工夫する必要がある。本発明はこの問題の解決策を教示する。
【００２９】
本発明の第一の好ましい態様は、図４に示しているとおり、期待される液／気界面近傍で、容器１８の壁部分に液／気界面材料として挿入された、冷却カーボンもしくはグラファイトブロック又はリング２０を含む。ブロック又はリング２０はせきクエンチの態様のせき３６のほぼ上部のレベルで容器中に挿入され、そこで、気／液界面レベルが生じる。ブロックは可能な界面レベルを十分に覆うために２〜３フィートの高さであろう。ブロックの高さ及び容器壁内のブロックの位置は容器に期待される気／液界面レベルを覆うように選択されるべきである。
【００３０】
図４に示されている壁２２のような容器１８の上部内壁部分はホットフェース材料を含む。ホットフェース材料は約１４５０℃の温度でハロゲン化水素などのホットガスに対向することができる材料を含む。提案されるホットフェース材料はＡｌ₂Ｏ₃又は高アルミナ耐火性レンガを含む。容器１８のホットフェース壁は、図９により明確に示されているように、ホットフェース耐火性レンガの外側の断熱レンガで覆われていてもよい。図９に示すように、１つの態様において、容器１８の上部壁部分を含む高アルミナ耐火性レンガは４ １／２インチ（１１．４３ｃｍ）の厚さでかつ９０％を超えるＡｌ₂Ｏ₃から形成されてよく、外側の断熱性レンガは約９インチ（２２．８６ｃｍ）の厚さであってよい。下部クーラー容器領域は約１ １／２インチ（３．８１ｃｍ）厚さの酸タイルで覆われていることができる。容器１８は、キラスティック(chilastic)CP79又は同等物で被覆されたカーボンスチールのような圧力容器もしくはシェルで覆われてもよい。圧力容器はジャケット付きであってもよい。容器１８の上側領域の下部部分は水性ハロゲン化水素液体などのクエンチ冷却液体で覆われることが期待される部分であり、そのため、好ましくは液体酸との接触による腐蝕に耐えることができる材料からなる。容器１８壁の下部部分３２は炭化ケイ素又はＳｉＣ₄からなることができる。容器１８の出口に導く下部容器壁３４は酸ブリック又はセラミックライニング材料からなることができる。せき３６が延在しているプレート３７は好ましくは反応結合された炭化ケイ素から形成されてよく、せき３６は好ましくは石英又は炭化ケイ素からなることができる。図９及び４は可能な容器壁の構造を例示している。
【００３１】
図４の態様に戻ると、ブロック２０は、リサイクルされた水性ハロゲン化水素液体であることができる冷却液体２８の少量を循環させるための通路２６を有する。好ましくは、ブロック２０中の通路２６はブロックの内側表面の近傍に冷却液体２８を循環させ、それにより、ブロック壁の温度を通常、４５０℃未満に維持する。グラファイトもしくはカーボンブロック２０は冷却流体もしくは液体を壁をとおして通過させる導管もしくは通路２６を画定しており、ブロック自体の内側表面は乾燥させたままである。壁を冷却するために使用される液体２８は好ましくは、通路２８から、容器内の期待される液体レベルより下の容器液体保持領域３０に吐出する。
【００３２】
図９（スケールとおりに描かれていない）に例示される第二の態様は、冷却膜壁２１を含む。膜壁は耐火設計の業界で知られている。膜壁は、通常、環状膜２１構造上に１層以上の耐火層３５を用いる。膜は流体熱制御物質を循環させるための数の導管もしくは通路２６（通常、らせん巻きチューブもしくは同等物）から構成されることができる。導管は内部「膜」バリアを構成する。膜及び耐火性材料は容器内に、通常パネル内に（通常、膜と容器壁との間に小さい空間を残す）設置される。伝熱流体は膜導管をとおして流れ、クエンチチャンバー２４から熱を吸収し、それにより、容器壁の温度を制限する。膜の導管は、通常、ハステロイ合金(Hastelloy Alloy)Ｂ−２、Ｃ−２７６、タンタロン(tantalon)もしくは同等物などの合金から形成される。膜は耐火性層３５などのキャスティング可能なもしくはプラスティック耐火物で仕上げられている。
【００３３】
図５に示す第三の態様は、冷却カーボンもしくはグラファイト分配リング１９を含む。グラファイトリング１９は期待される液／気界面レベルより上の内部容器１８壁上に配置される。リングは好ましくは小ポート６０及び１つ以上の通路３３を含み、通路３３は冷却液体２８を壁及びリングをとおして通過させ、そしてリング壁の内側を流れ落ち、壁を湿潤させて冷却した状態に維持する。冷却された液体、例えば、水性ハロゲン化水素液体は最初にチャンネル３３を通過しそして内側方向にクエンチ液体分配領域へ流れる。液体２８はリング構造体の外側から内側に流れ、その後、ポート６０をとおして流れて、リング壁の表面を流れ落ち、ホットプロセスガスがグラファイト壁と接触することを防止する。ポート６０内の流体流れはポート６０のすぐ上の乾燥壁領域から熱を移動し、冷却する。液体は、その後、容器の液体回収領域３０中に集まる。
【００３４】
図６は第三の態様への可能な付加体を例示している。すなわち、グラファイトバッフル１５を有する冷却分配リング１９を例示している。液体２８が側壁をオーバーフローし、期待される気／液界面にそって壁を冷却しそして湿潤状態にする冷却リング１９に加えて、バッフル１５は液体が分配される領域の上方に配置され、液体が上方の乾燥壁２２部分の上にスプラッシュしないようにする。
【００３５】
図１０に示している第四の態様は図５の態様と類似である。図１０の態様は浸透性の多孔性セラミック壁ブロックもしくはリング２０を例示する。冷却液体２８は、浸透性多孔性セラミック材料の部分と連絡されて配置される。浸透性多孔性セラミック壁２０に導管３３を通して冷却液体２８をポンプ送りすることで、冷却液体が多孔性セラミック壁に浸透し、壁の内側部分に現れ、そこで、図５の態様のように、液体が浸透性多孔性セラミック壁の内側表面を流れ、それにより、壁を湿潤させかつ冷却し、そしてホットドライプロセスガスと壁とを接触させないようにする。図５の態様に関し、多孔性セラミック壁をとおして浸透し、そして壁表面を流れ落ちる冷却液体は容器１８の冷却液体回収領域３０中に集まる。浸透することを望まないブロックもしくはリングの表面は、フィルム３９などで仕上げられ、不透過性とされる。
【００３６】
図１２に例示されている第五の態様は、非冷却型ホットウォールを含む。グラファイトもしくはシリカなどのＳｉＣのブロックもしくはリング２０は、界面レベル８０、その上又はその下に配置される。界面レベル８０より下での液体との接触はブロック自体の内部での熱移動により界面レベルより上のブロックを冷却し、湿潤腐蝕性環境に耐えることができるブロック材料の能力の範囲内の温度にする。ブロックはブロックより上の壁が乾燥しているように十分に高い。
【００３７】
異なるアプローチでは、図７に模式的に示すような第六の態様は、ガス化器容器５０とクエンチ容器１８との間にある従来の輻射クーラー４８を含む。輻射クーラー４８はガス化器反応器５０の出口セクションにあり、又は、別個の容器内に用いられる。この装置の目的は、反応器５０を出てくるガス流の温度を１０９３℃未満に冷却することである。このクーラーガス温度の有意性は、気相及び液相の両方においてこの環境に耐えることができる、下流でのクエンチ容器１８のために使用できる構造の既知の材料が存在し、そのため、気／液界面のために上記のクエンチ容器設計の変更は必要ないであろうということにある（一般に、ここで、１０９３℃は便利にために１１００℃に丸め、１１００℃はおおよその値である）。輻射クーラー４８は、基本的に熱交換器であり、そしてガス化器５０からのガス流を冷却するためにボイラーフィード水又は他の熱伝達媒体を用いる。図１１に模式的に示した対流クーラーを、クーラー７０中のチューブ壁温度を制御するための適切な考慮を行って、この冷却用途に同様に使用してよい。中間冷却を提供するという異なる別のアプローチ（図示していない）は合成ガス仕上領域７００からの十分な冷却されたリサイクル合成ガスを追加することであり、それにより、クエンチ容器１８に行くガスのバルク温度を約１１００℃に下げる。
【００３８】
第八の態様において、第六及び第七の態様と同様にそして図８に模式的に示されるように、乾燥スプレークエンチ７２は反応器容器５０とクエンチ容器１８との間にある。ガス化反応器５０の出口セクションに挿入された又は別個の容器内にあるスプレーノズルは、冷媒２８（ここでも、好ましくはリサイクルされた水性クエンチ液体）の一部の蒸発によって、反応器５０を出てくるガス流を１０９３℃未満に冷却する。スプレーノズルはいずれにしても好適に選択され、配置されそして配向されて、ガス流中にスプレーされる液滴２８は出口セクションの乾燥壁にも、乾燥耐火性表面にも実質的に衝突しない。再び、クーラーガス温度の有意性は、気相及び液相の両方において、この環境に耐えることができる下流のクエンチ容器のための構造体の既知の材料が存在することである。
【００３９】
ハロゲン化水素蒸気が壁上及びプロセスにおいて凝縮せず、有意に腐蝕を起こしうることを防止するために、容器１８の圧力容器壁温度が約２００℃を超えるように維持することは全ての態様において好ましい。
【００４０】
上記の態様をレビューすると、構造体の現在知られている材料は反応器の極端な温度（１４５０℃）でハロゲン化水素蒸気及び液体環境の両方の条件に容易に耐えることができないが、本発明の技術はクエンチ容器などの後続する容器における気体及び液体環境により生じる腐蝕の問題を解決し、大体において、容器のための構造体の既知の材料の使用を可能にする。
【００４１】
少なくとも液／気界面レベルで容器壁構造を変更する態様は、スプレーノズル又は輻射冷却又は対流冷却などの上流での冷却システムの必要性をなくすという利点を有する。それらの態様は、単純であるが確固たる構造で、徹底的な急冷のための緊密な気体／液体混合を形成する。せきクエンチ容器において、せきチューブの直径又は数を変更することにより能力を増強し又は低減することができる。せきクエンチ容器の構造壁設計を具体化する解決策は非常に制限された制御された液／気界面領域をさらに与える。
【００４２】
内部冷却されるグラファイトリングもしくはブロックの設計及び冷却される膜壁設計は容器設計による解決策であり、ここで、内部冷却通路は許容できるレベルで乾燥ガス接触スキン温度を維持する。外部冷却される分配リング又は浸透性多孔性セラミック壁は湿潤した壁部分と接触するホットガスを制限する容器設計による解決策をもたらす。グラファイト壁の内側表面上に流れる液体の伝熱作用により表面は低温に維持されそして保護される。
【００４３】
輻射クーラー、対流クーラー及びスプレーノズルの概念は、対照的に、臨界的な気／液界面領域についても、構造容器壁材料の選択を非常に単純化するという利点を有する。クーラーもしくはノズルの主な目的は熱回収ではなく、反応器からのクエンチ容器下流とガス流との後続の組み合わせの温度制御である。
【００４４】
本発明の上記の開示及び説明は例示であって、その説明のためのものであり、サイズ、形状及び材料の種々の変更、並びに、例示された装置の詳細は、本発明の精神から逸脱することなくなされてよい。本発明は、主題の単一の要素の記載が１つ以上のこのような要素を網羅しそして２つの要素の記載は２つ以上の要素を網羅するという慣行的な前提に基づいた用語を用いて請求されている。
【図面の簡単な説明】
本発明のさらに良好な理解は以下の好ましい態様の詳細な説明を以下の図面と組み合わせて考えるときに得られる。
【図１】 一般に、ハロゲン化材料のためのガス化プロセスの態様のブロックフローダイアグラムを示している。
【図２】 図１のとおりのハロゲン化材料のガス化プロセスにおける使用のためのガス化器の態様を示している。
【図３】 一般に、図１のとおりのハロゲン化材料のガス化プロセスにおける使用のためのクエンチ及び粒子除去装置の態様を示している。
【図４】 液／気界面レベル近傍の容器壁部分にある内部冷却されるカーボンブラック又はリングを示す本発明の態様を示している。
【図５】 本発明のグラファイトリングの態様を示している。
【図６】 図５に示されているグラファイトリングとともに使用されるグラファイトスプラッシュバッフルを示している。
【図７】 ガス化反応器とクエンチ容器との間の輻射クーラーの使用を模式的に示している。
【図８】 ガス化反応器とクエンチ容器との間での乾燥スプレークエンチの使用を模式的に示している。
【図９】 液／気界面レベル近傍にある膜で冷却される壁を有するせきクエンチを示している。
【図１０】 容器内の液／気界面レベル近傍にある多孔性セラミック壁を有する容器の態様を示している。
【図１１】 反応器とクエンチ容器との間の対流クーラーの使用を模式的に示している。
【図１２】 本発明の非冷却型乾燥壁界面材料の態様を示している。

Claims (30)

1. 水性腐蝕性液体と接触させることにより、１１００℃を超える温度のガスを急冷するためのオーバーフローせきクエンチ容器であって、
   １１００℃を超える温度でホットドライガスに耐えることができるホットフェース材料でライニングされた上部容器壁部分、
   水性腐蝕性液体と接触する下部容器壁部分、及び、
   オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル近傍の容器壁内にある膜壁部分であって、前記膜壁が冷却流体を循環させるための内部チャンネルを有する、膜壁部分、
   を含む容器。
2. 水性腐蝕性液体と接触させることにより、１１００℃を超える温度のガスを急冷するためのオーバーフローせきクエンチ容器であって、
   １１００℃を超える温度でホットドライガスに耐えることができるホットフェース材料でライニングされた上部容器壁部分、
   水性腐蝕性液体と接触する下部容器壁部分、及び、
   オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル近傍の容器壁内にある炭素ブロック壁部分であって、前記ブロックが冷却流体を循環させるための内部通路を有する、炭素ブロック壁部分、
   を含む容器。
3. 水性腐蝕性液体と接触させることにより、１１００℃を超える温度のガスを急冷するためのオーバーフローせきクエンチ容器であって、
   １１００℃を超える温度でホットドライガスに耐えることができるホットフェース材料でライニングされた上部容器壁部分、
   水性腐蝕性液体と接触する下部容器壁部分、及び、
   オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル近傍の容器壁内にあるグラファイトリング壁部分であって、前記リングが冷却流体に連絡されておりそして冷却流体をクエンチ容器中に吐出するためのポートを有する、グラファイトリング壁部分、
   を含む容器。
4. 前記リング及びポートは冷却液体をリングの下の容器壁部分に実質的に落ちるように吐出するような構造である、請求項３記載の容器。
5. 容器壁に取り付けられておりそしてリングポート上を内側に向って延在しているグラファイトスプラッシュバッフルを含む、請求項４記載の容器。
6. 水性腐蝕性液体と接触させることにより、１１００℃を超える温度のガスを急冷するためのオーバーフローせきクエンチ容器であって、
   １１００℃を超える温度でホットドライガスに耐えることができるホットフェース材料でライニングされた上部容器壁部分、
   水性腐蝕性液体と接触する下部容器壁部分、及び、
   オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル近傍の容器壁内にある多孔性セラミック壁部分であって、前記多孔性セラミック壁が流体連絡するために冷却流体源と連絡されている、多孔性セラミック壁部分、
   を含む容器。
7. 水性腐蝕性液体と接触させることにより、１１００℃を超える温度のガスを急冷するためのオーバーフローせきクエンチ容器であって、
   １１００℃を超える温度でホットドライガスに耐えることができるホットフェース材料でライニングされた上部容器壁部分、
   水性腐蝕性液体と接触する下部容器壁部分、及び、
   オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル、このレベルの上方及びこのレベルの下方の容器壁内にあるグラファイトもしくはシリカを含む壁部分、
   を含む容器。
8. 冷却流体は水性ハロゲン化水素液体を含む、請求項１、２、３又は６記載の容器。
9. 冷却流体はプロセスの下流容器から再循環される液体である、請求項１、２、３又は６記載の容器。
10. ハロゲン化水素液体は塩化水素を含む、請求項８記載の容器。
11. ホットフェース材料はＡｌ₂Ｏ₃を含む、請求項１、２、３、６又は７記載の容器。
12. ホットフェース材料は耐火性レンガを含む、請求項１、２、３、６又は７記載の容器。
13. 容器を実質的に包囲している圧力容器シェルを含む、請求項１、２、３、６又は７記載の容器。
14. 圧力容器シェルの少なくとも上部領域を実質的に包囲しているジャケットを含む、請求項１３記載の容器。
15. 約１３００℃を超える温度のホットガス流を急冷するための装置であって、
    ホットガス流の源とクエンチ容器との間にあり、前記ガス流を１１００℃未満に冷却するための中間冷却手段、及び、
    前記中間冷却手段からのガス流を受け入れそして前記ガス流を水性腐蝕性液体と接触させるためのクエンチ容器、
    を含む装置。
16. 前記中間冷却手段は輻射クーラーを含む、請求項１５記載の装置。
17. 前記中間冷却手段はドライスプレークエンチを含む、請求項１５記載の装置。
18. 前記中間冷却手段は対流クーラーを含む、請求項１５記載の装置。
19. 前記中間冷却手段は冷却流体と流体連絡されている、請求項１７記載の装置。
20. 前記冷却流体は下流のプロセスからリサイクルされる液体を含む、請求項１９記載の装置。
21. １１００℃を超える温度のガスをオーバーフローせきクエンチ容器に受け入れること、
    水性腐蝕性液体をクエンチ容器に吐出すること、
    ガスを水性腐蝕性液体と接触させること、及び、
    冷却流体で、オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベルの周囲の容器壁部分を冷却すること、
    を含む、ホットガスの急冷のための方法。
22. 壁部分内に冷却流体を通過させることにより冷却することを含む、請求項２１記載の方法。
23. 冷却流体を容器壁の表面部の内側に下方に通過させることにより冷却することを含む、請求項２１記載の方法。
24. 水性ハロゲン化水素液体を含む冷却流体で冷却することを含む、請求項２１記載の方法。
25. １１００℃を超える温度のガスをオーバーフローせきクエンチ容器に受け入れること、
    水性腐蝕性液体をクエンチ容器中に吐出すること、
    ガスを水性腐蝕性液体と接触させること、及び、
    オーバーフローせきによって保持される水性腐蝕性液体の液／気界面レベル、このレベルの上方及びこのレベルの下方に、グラファイトもしくはシリカ材料を含む容器壁部分を提供すること、
    を含む、ホットガスを急冷するための方法。
26. １３００℃を超える温度の反応器容器からのホットガスを受け入れること、
    前記ホットガスを１１００℃未満に冷却すること、及び、
    冷却されたガスをクエンチに連絡して、ガスを水性腐蝕性液体と接触させることにより、ガスを２００℃未満の温度にさらに冷却すること、
    を含む、ホットガスを急冷するための方法。
27. 輻射クーラーでホットガスを冷却することを含む、請求項２６記載の方法。
28. ホットガスをドライスプレークエンチで冷却することを含む、請求項２６記載の方法。
29. ホットガスをハロゲン化水素ガスを用いて冷却することを含む、請求項２６記載の方法。
30. ガスを水性ハロゲン化水素液体と接触させることを含む、請求項２６記載の方法。

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