JP4936817B2

JP4936817B2 - Combustion device for synthesis gas production and synthesis gas production method

Info

Publication number: JP4936817B2
Application number: JP2006214641A
Authority: JP
Inventors: 一路鈴木; 伸明小林; 康之山本
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-08-07
Also published as: JP2008037706A

Description

本発明は、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造するための合成ガス製造用燃焼装置及びこれを用いた合成ガス製造方法に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus for producing synthesis gas for producing synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, and a synthesis gas production method using the combustion apparatus.

従来、例えばジメチルエーテル（ＤＭＥ）やメタノール、ＧＴＬ燃料（合成液体燃料）等の液体燃料を合成するための原料として、一酸化炭素と水素を含む合成ガスが用いられている。合成ガスは、炭素質あるいは炭化水素質燃料を、完全燃焼に必要な酸素量に対して１．０未満の酸化剤で燃焼反応させることによって製造される。 Conventionally, synthetic gas containing carbon monoxide and hydrogen has been used as a raw material for synthesizing liquid fuel such as dimethyl ether (DME), methanol, GTL fuel (synthetic liquid fuel) and the like. Syngas is produced by burning and reacting a carbonaceous or hydrocarbonaceous fuel with an oxidant less than 1.0 relative to the amount of oxygen required for complete combustion.

このような合成ガスを製造するための燃焼装置（合成ガス製造用燃焼装置）Ａには、例えば特許文献１に開示されるような、耐火物などにより形成されて炉と一体に接続される円筒状の燃焼室１と、この燃焼室１の一端から同軸状に挿入されるバーナ２とを備えたものがある。また、この燃焼装置Ａにおいては、図４に示すように、バーナ２の先端２ａ側に、燃焼室１と軸線Ｏ１を同軸として噴出方向に拡がった（炉に向けて漸次拡径した）円錐台状のノズル部２ｂが設けられており、このノズル部２ｂに、燃焼室１の軸線Ｏ１方向に例えば二酸化炭素や水蒸気などの調整剤を噴出する調整剤ノズル３と、燃料を噴出する燃料ノズル４と、例えば酸素などの酸化剤を噴出する酸化剤ノズル５とが設けられている。そして、ノズル部２ｂの中心に設けられた調整剤ノズル３の径方向外側に、軸線Ｏ１を中心とした円環状の燃料ノズル４が設けられ、この燃料ノズル４は、燃料を軸線Ｏ１と平行な方向に向けて噴出するように形成されている。また、酸化剤ノズル５は、燃料ノズル４の径方向外側に、軸線Ｏ１を中心とした円環状に形成され、酸化剤を軸線Ｏ１上に焦点を持つように内側に向けて噴出するように形成されている。さらに、このバーナ２には、外周側（酸化剤ノズル５の径方向外側）に、バーナ２を高温の環境から保護するための水冷ジャケット６が設けられており、この水冷ジャケット６の径方向内側に、調整剤ノズル３や燃料ノズル４、酸化剤ノズル５のそれぞれに繋がる調整剤や燃料、酸化剤の流路３ａ、４ａ、５ａが軸線Ｏ１方向に延設されている。 A combustion apparatus (combustion apparatus for syngas production) A for producing such synthesis gas is a cylinder that is formed of a refractory or the like and is integrally connected to a furnace as disclosed in, for example, Patent Document 1. Some combustion chambers 1 and a burner 2 inserted coaxially from one end of the combustion chamber 1 are available. Further, in this combustion apparatus A, as shown in FIG. 4, a truncated cone that expands in the ejection direction with the combustion chamber 1 and the axis O1 as the same axis on the tip 2a side of the burner 2 (the diameter gradually increases toward the furnace). The nozzle part 2b is provided with a regulator nozzle 3 for ejecting a regulator such as carbon dioxide and water vapor in the direction of the axis O1 of the combustion chamber 1 and a fuel nozzle 4 for ejecting fuel. And an oxidant nozzle 5 that ejects an oxidant such as oxygen, for example. An annular fuel nozzle 4 centered on the axis O1 is provided on the radially outer side of the regulator nozzle 3 provided at the center of the nozzle portion 2b. The fuel nozzle 4 is configured to allow fuel to flow parallel to the axis O1. It is formed so as to be ejected in the direction. Further, the oxidant nozzle 5 is formed in an annular shape around the axis O1 on the outer side in the radial direction of the fuel nozzle 4, and is formed so as to eject the oxidant inward so as to have a focal point on the axis O1. Has been. Further, the burner 2 is provided with a water cooling jacket 6 for protecting the burner 2 from a high temperature environment on the outer peripheral side (radially outside of the oxidizer nozzle 5). In addition, flow paths 3a, 4a, and 5a of the adjusting agent, fuel, and oxidant that are connected to the adjusting agent nozzle 3, the fuel nozzle 4, and the oxidant nozzle 5, respectively, extend in the direction of the axis O1.

一方、合成する液体燃料の種類に応じて、それぞれ最適な合成ガス組成（水素と一酸化炭素の割合：Ｈ_２／ＣＯ）が存在し、この最適組成は、燃焼装置Ａに送り込む原料（調整剤）の二酸化炭素と水蒸気の量によって調整することができる。すなわち、水蒸気を多く使用すればＨ_２／ＣＯが大きい合成ガスを製造でき、二酸化炭素を多く使用すればＨ_２／ＣＯが小さい合成ガスを製造できる。 On the other hand, depending on the type of liquid fuel to be synthesized, there is an optimum synthesis gas composition (ratio of hydrogen and carbon monoxide: H ₂ / CO), and this optimum composition is a raw material (conditioning agent) fed into the combustion apparatus A. ) Of carbon dioxide and water vapor. That is, if a large amount of water vapor is used, a synthesis gas having a large H ₂ / CO can be produced, and if a large amount of carbon dioxide is used, a synthesis gas having a small H ₂ / CO can be produced.

しかしながら、合成ガス製造において、燃料に対する酸素比が１．０未満に設定されていることから、多量の煤が生成されたり、また、メタンやアセチレンなどの低級炭化水素が多量に生成されてしまう可能性がある。特に、煤が多量に発生した場合には、例えば燃焼装置と繋がる熱交換器にこの煤が付着して伝熱性能の低下を招き、頻繁に熱交換器のメンテナンスが必要になり、生産性及び経済性の低下を招くという問題が生じる。また、煤の発生量を低減させる対策として、供給する酸化剤量（酸素量）を増やしたり、水蒸気量を増やすことが挙げられるが、酸素量を増やした場合には、合成ガス中の水素と一酸化炭素の収率が低下し、水蒸気量を増やした場合には、合成ガス中のＨ_２／ＣＯが小さい合成ガスを製造できないという問題が生じてしまう。 However, in the synthesis gas production, since the oxygen ratio to the fuel is set to less than 1.0, a large amount of soot may be generated, and a large amount of lower hydrocarbons such as methane and acetylene may be generated. There is sex. In particular, when a large amount of soot is generated, the soot adheres to, for example, a heat exchanger connected to the combustion device, leading to a decrease in heat transfer performance, and frequent heat exchanger maintenance is required. There arises a problem that the economy is lowered. In addition, measures to reduce the amount of soot generated include increasing the amount of oxidant (oxygen amount) to be supplied and increasing the amount of water vapor. If the amount of oxygen is increased, When the yield of carbon monoxide is reduced and the amount of water vapor is increased, there arises a problem that a synthesis gas having a small H ₂ / CO in the synthesis gas cannot be produced.

これに対して、上記の引用文献１に開示された燃焼装置Ａでは、酸化剤ノズル５から噴出した酸素によって、調整剤ノズル３及び燃料ノズル４から噴出した調整剤及び燃料を包み込む遮蔽層を形成することができる。すなわち、燃料と調整剤を、バーナ２の軸線Ｏ１に平行に噴出させ、酸化剤を、軸線Ｏ１上に焦点を持つように噴出させることによって、また、酸化剤の噴出速度を、燃料や調整剤の噴出速度よりも大きくすることによって、高速で噴出した酸化剤が燃料や調整剤を周囲から包み込み遮蔽層を燃焼室１内に形成できる。そして、この遮蔽層の形成により、燃料と調整剤が、燃焼領域から逸脱せずに酸素と反応することができる。これにより、引用文献１に開示された燃焼装置Ａでの燃焼によって得られる合成ガスは、煤や低級炭化水素をほとんど含まず、一酸化炭素や水素を多量に含むものとされる。
特許第３４８４５３６号公報 On the other hand, in the combustion apparatus A disclosed in the above cited reference 1, the shielding layer that wraps the regulator and the fuel jetted from the regulator nozzle 3 and the fuel nozzle 4 is formed by the oxygen jetted from the oxidizer nozzle 5. can do. That is, the fuel and the adjusting agent are jetted in parallel to the axis O1 of the burner 2, and the oxidizing agent is jetted so as to have a focal point on the axis O1, and the jetting speed of the oxidizing agent is changed to the fuel and the regulating agent. Therefore, the oxidant ejected at a high speed wraps the fuel and the adjusting agent from the surroundings, and a shielding layer can be formed in the combustion chamber 1. The formation of this shielding layer allows the fuel and the regulator to react with oxygen without departing from the combustion region. Thereby, the synthesis gas obtained by combustion in the combustion apparatus A disclosed in the cited document 1 contains little soot and lower hydrocarbons, and contains a large amount of carbon monoxide and hydrogen.
Japanese Patent No. 3484536

しかしながら、上記の炉と一体に接続される耐火物の円筒状燃焼室を備えた燃焼装置においては、高温の燃焼ガスが直接燃焼室の内壁に当ることになるため、燃焼室が炉と同様の耐火物で形成された場合に燃焼室に摩耗が生じたり、割れが頻繁に生じるおそれがあった。そして、このような場合には、燃焼装置が大型化するほどに、補修費用が莫大となるという問題があった。このため、燃焼装置の大型化に対応すべく、上記のような耐火物の燃焼室を備えずに、煤の発生量を低減可能な燃焼装置が強く求められていた。 However, in a combustion apparatus having a refractory cylindrical combustion chamber connected integrally with the above-mentioned furnace, since the high-temperature combustion gas directly hits the inner wall of the combustion chamber, the combustion chamber is similar to the furnace. When formed of refractory, the combustion chamber may be worn or cracked frequently. In such a case, there is a problem that the repair cost becomes enormous as the combustion apparatus becomes larger. For this reason, in order to cope with an increase in the size of the combustion apparatus, there has been a strong demand for a combustion apparatus capable of reducing the amount of soot generated without providing the combustion chamber for the refractory as described above.

本発明は、上記事情を鑑み、大型化にも好適に対応可能で、煤の発生を抑制しながら効率良く一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成可能な合成ガス製造用燃焼装置及び合成ガス製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention is capable of suitably responding to an increase in size, and capable of producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen efficiently while suppressing the generation of soot and a synthesis gas An object is to provide a manufacturing method.

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.

本発明の合成ガス製造用燃焼装置は、水蒸気及び／又は炭酸ガスからなる調整剤と燃料との混合ガスを燃焼させて、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造するための合成ガス製造用燃焼装置であって、先端に、炉に向かって漸次拡径して開口する円錐台状の内孔を有した燃焼室を備え、該燃焼室には、その内壁面に、軸線方向先端側に向けて前記混合ガスを噴出させるための混合ガス噴出孔と、該混合ガス噴出孔の径方向外側に配されるとともに、前記燃焼室の軸線上に焦点を持つように酸化剤を噴出させるための酸化剤噴出孔とが設けられており、前記燃焼室の内壁面の近傍には、冷却流体を流通させて前記内壁面を冷却するための冷却流体流路が設けられていることを特徴とする。 The combustion apparatus for producing synthesis gas according to the present invention is for producing synthesis gas for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by burning a mixed gas of a regulator composed of water vapor and / or carbon dioxide and fuel. Combustion device comprising a combustion chamber having a frustoconical inner hole that gradually expands toward the furnace and opens to the furnace, and the combustion chamber has an inner wall surface and an axially distal end side. A gas mixture injection hole for jetting the gas mixture toward the outside, and a gas discharge hole arranged on the radially outer side of the gas mixture injection hole, and for jetting an oxidant so as to have a focal point on the axis of the combustion chamber An oxidant injection hole is provided, and a cooling fluid flow path for circulating a cooling fluid to cool the inner wall surface is provided in the vicinity of the inner wall surface of the combustion chamber. .

また、本発明の合成ガス製造用燃焼装置において、前記冷却流体流路は、前記酸化剤噴出孔の前記軸線方向前後の前記内壁面に沿うように延設されて、前記内壁面全体を冷却するように形成されていることが望ましい。 Moreover, in the combustion apparatus for syngas production of the present invention, the cooling fluid flow path extends along the inner wall surface of the oxidant ejection hole before and after the axial direction to cool the entire inner wall surface. It is desirable to be formed as follows.

また、本発明の合成ガス製造方法は、上記の合成ガス製造用燃焼装置を用いて一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法であって、前記混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする。 The synthesis gas production method of the present invention is a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen using the above-described combustion apparatus for producing synthesis gas, wherein the jetting speed of the mixed gas is 150 m / s or more. It is characterized by.

さらに、本発明の合成ガス製造方法においては、上記の合成ガス製造方法において、前記混合ガスの噴出速度を２００〜２５０ｍ／ｓとすることが望ましい。 Furthermore, in the synthesis gas production method of the present invention, in the synthesis gas production method described above, it is desirable that the jet speed of the mixed gas be 200 to 250 m / s.

本発明の合成ガス製造用燃焼装置によれば、燃焼室が円錐台状の内孔により形成されるとともに、この燃焼室に調整剤と燃料の混合ガスを噴出させ、且つこの混合ガスが噴出する混合ガス噴出孔径方向外側から軸線上に焦点を持つように酸化剤を噴出させることによって、混合ガスが燃焼する火炎の周囲に渦流を発生させることができる。これにより、混合ガスと酸化剤が燃焼室内で撹拌され、互いの混合が促進されることで燃焼効率を高めることができ、酸素や水蒸気の量を少なくした煤が発生しやすい条件においても煤の発生を抑制することができる。よって、本発明の合成ガス製造用燃焼装置においては、合成する液体燃料の種類に応じて、Ｈ_２／ＣＯの異なる合成ガスを、煤の発生を抑制しつつ好適に生成することが可能になる。 According to the combustion apparatus for producing synthesis gas of the present invention, the combustion chamber is formed by the frustum-shaped inner hole, and the mixed gas of the regulator and the fuel is ejected into the combustion chamber, and the mixed gas is ejected. By ejecting the oxidant so as to have a focal point on the axis from the outside in the radial direction of the mixed gas ejection hole, a vortex can be generated around the flame in which the mixed gas burns. As a result, the mixed gas and the oxidant are agitated in the combustion chamber, and the mixing is promoted to enhance the combustion efficiency. Even under conditions where soot with reduced amounts of oxygen and water vapor is likely to be generated. Occurrence can be suppressed. Therefore, in the combustion apparatus for producing synthesis gas according to the present invention, it is possible to suitably generate synthesis gas having different H ₂ / CO while suppressing generation of soot according to the type of liquid fuel to be synthesized. .

また、燃焼室の内壁面の近傍に冷却流体流路が設けられていることによって、上記のように渦流を発生させることに伴い高温になる燃焼室の内壁面を冷却することができ、この内壁面が熱で破損することを確実に防止できる。よって、従来の燃焼装置のように遮断層を形成するために耐火物で円筒状の燃焼室を設けることなく、煤の発生を抑制することができ、且つ燃焼室が熱で破損することが防止できるため、大型の燃焼装置にも十分に対応することが可能になる。さらに、冷却流体流路が、酸化剤噴出孔の軸線方向前後の内壁面に沿うように延設されていることによって、内壁面全体を確実に冷却することができ、上記効果をより確実に得ることができる。 Further, since the cooling fluid flow path is provided in the vicinity of the inner wall surface of the combustion chamber, the inner wall surface of the combustion chamber that becomes high temperature due to the generation of the vortex as described above can be cooled. It is possible to reliably prevent the wall surface from being damaged by heat. Therefore, it is possible to suppress the generation of soot and prevent the combustion chamber from being damaged by heat without providing a cylindrical combustion chamber made of refractory to form a barrier layer as in the conventional combustion device. Therefore, it is possible to sufficiently cope with a large combustion apparatus. Furthermore, since the cooling fluid channel extends along the inner wall surface in the axial direction of the oxidant ejection hole, the entire inner wall surface can be reliably cooled, and the above effect can be obtained more reliably. be able to.

また、本発明の合成ガス製造方法においては、上記の合成ガス製造用燃焼装置を用い、混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上、好ましくは２００〜２５０ｍ／ｓとすることによって、強力な前記渦流を発生させることができ、煤の発生を確実に抑制することが可能になる。 Further, in the synthesis gas production method of the present invention, the powerful eddy current is produced by using the above-described combustion apparatus for production of synthesis gas and setting the jet velocity of the mixed gas to 150 m / s or more, preferably 200 to 250 m / s. It is possible to suppress the generation of wrinkles.

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る合成ガス製造用燃焼装置及びこれを用いた合成ガス製造方法について説明する。本実施形態は、例えばＤＭＥ（ジエチルエーテル）等の液体燃料を合成するために用いる水素と一酸化炭素を含む合成ガスを生成するための合成ガス製造用燃焼装置及び合成ガス製造方法に関するものである。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, a synthesis gas production combustion apparatus and a synthesis gas production method using the same according to an embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a combustion apparatus for producing synthesis gas and a synthesis gas production method for producing synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide used to synthesize liquid fuel such as DME (diethyl ether). .

本実施形態の合成ガス製造用燃焼装置（以下、燃焼装置と称する）Ｂは、図１及び図２に示すように、その先端１０ａを炉１１に接続して使用されるバーナ１０を備えて構成されている。 A combustion apparatus (hereinafter referred to as a combustion apparatus) B for synthesis gas production according to this embodiment includes a burner 10 that is used with its tip 10a connected to a furnace 11 as shown in FIGS. Has been.

本実施形態のバーナ１０は、略円筒状に形成されるとともに、その先端１０ａ側に軸線Ｏ１中心の内孔が後端側から先端１０ａに向かうに従い漸次拡径して開口する円錐台状の燃焼室１２を備えて形成されている。ここで、本実施形態のバーナ１０の燃焼室１２は、例えば熱伝導率が高い銅や銅合金などで形成し、その開き角度は約６０度としている。また、燃焼室１２には、その内壁面１２ａに、軸線Ｏ１方向先端１０ａ側に向けて（炉１１に向けて）、燃料と二酸化炭素及び水蒸気（調整剤）とを混合した混合ガスを噴出させるための混合ガス噴出孔１３と、混合ガス噴出孔１３の径方向外側に配されるとともに、燃焼室１２の軸線Ｏ１上に焦点を持つように、例えば酸素の酸化剤を噴出させるための複数の酸化剤噴出孔１４とが設けられている。そして、混合ガス噴出孔１３は、バーナ１０の軸線Ｏ１中心に延設し、後端側から供給した混合ガスが流通して混合ガス噴出孔１３から噴出させる混合ガス流路１３ａに接続されている。また、複数の酸化剤噴出孔１４は、軸線Ｏ１中心の同心円上に周方向に略等間隔で配置されている。なお、本実施形態では、調整剤が二酸化炭素と水蒸気から構成されているものとしたが、二酸化炭素と水蒸気のどちらか一方で構成されてもよい。 The burner 10 of the present embodiment is formed in a substantially cylindrical shape, and a frustoconical combustion in which an inner hole at the center of the axis O1 is gradually expanded in diameter from the rear end side toward the front end 10a on the front end 10a side. The chamber 12 is formed. Here, the combustion chamber 12 of the burner 10 of the present embodiment is formed of, for example, copper or copper alloy having high thermal conductivity, and the opening angle is about 60 degrees. In addition, a gas mixture of fuel, carbon dioxide, and water vapor (regulator) is jetted into the combustion chamber 12 toward the inner wall surface 12a toward the tip 10a in the direction of the axis O1 (toward the furnace 11). And a plurality of gas oxidizers, for example, for ejecting an oxygen oxidant so as to have a focal point on the axis O1 of the combustion chamber 12. An oxidant ejection hole 14 is provided. The mixed gas ejection hole 13 extends to the center of the axis O <b> 1 of the burner 10, and is connected to a mixed gas flow path 13 a through which the mixed gas supplied from the rear end flows and is ejected from the mixed gas ejection hole 13. . The plurality of oxidant ejection holes 14 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction on a concentric circle at the center of the axis O1. In this embodiment, the adjusting agent is composed of carbon dioxide and water vapor, but may be composed of either carbon dioxide or water vapor.

さらに、このバーナ１０には、断面視で、内孔を画成する内面（内壁面）１２ａと外面１０ｂとの間に、径方向内側と径方向外側のそれぞれの側に形成されて軸線Ｏ１に略平行に延びる第１流路１５ａ、第２流路１５ｂ及びこれら流路１５ａ、１５ｂの先端同士を繋いで互いに連通させる第３流路１５ｃからなる冷却流体流路１５と、第１流路１５ａと第２流路１５ｂの間に設けられて軸線Ｏ１に略平行に延びる酸化剤流路１４ａとが形成されている。 Further, the burner 10 is formed between the inner surface (inner wall surface) 12a defining the inner hole and the outer surface 10b on the radially inner side and the radially outer side in the cross-sectional view, and is formed on the axis O1. A cooling fluid flow path 15 including a first flow path 15a, a second flow path 15b, and a third flow path 15c that connects the tips of the flow paths 15a and 15b and communicates with each other, and a first flow path 15a. And an oxidant channel 14a extending between the second channel 15b and extending substantially parallel to the axis O1.

冷却流体流路１５の第１流路１５ａと第２流路１５ｂは、それぞれ、断面略円環状に形成されており、第１流路１５ａがバーナ１０の径方向内側に、第２流路１５ｂがバーナ１０の径方向外側に配設されている。また、第１及び第２流路１５ａ、１５ｂは、それぞれバーナ１０の後端から先端１０ａ付近まで延設されており、第１流路１５ａは、その先端が燃焼室１２の軸線Ｏ１方向後端側の内壁面１２ａ近傍に配されるように、第２流路１５ｂは、その先端が燃焼室１２の軸線Ｏ１方向先端１０ａ側の内壁面１２ａ近傍に配されるように延設されている。そして、第１流路１５ａと第２流路１５ｂの先端同士を繋ぐ第３流路１５ｃは、内壁面１２ａの先端付近から後端付近まで延設され、酸化剤噴出孔１４の周囲を避けるように、内壁面１２ａ近傍に配設されている。 The first flow path 15a and the second flow path 15b of the cooling fluid flow path 15 are each formed in a substantially annular cross section, and the first flow path 15a is located on the radially inner side of the burner 10 and the second flow path 15b. Is disposed radially outside the burner 10. The first and second flow paths 15a and 15b extend from the rear end of the burner 10 to the vicinity of the front end 10a. The front end of the first flow path 15a is the rear end in the direction of the axis O1 of the combustion chamber 12. The second flow path 15b is extended so that the tip of the second flow path 15b is arranged in the vicinity of the inner wall 12a on the tip 10a side in the axis O1 direction of the combustion chamber 12 so as to be arranged in the vicinity of the inner wall 12a on the side. And the 3rd flow path 15c which connects the front-end | tips of the 1st flow path 15a and the 2nd flow path 15b is extended from near the front-end | tip vicinity of the inner wall surface 12a, and avoids the circumference | surroundings of the oxidizing agent ejection hole 14 Further, it is disposed in the vicinity of the inner wall surface 12a.

一方、酸化剤流路１４ａは、冷却流体流路１５の第１流路１５ａと第２流路１５ｂの間に設けられて軸線Ｏ１に略平行に延びており、その先端部で、燃焼室１２の内壁面１２ａに開口する複数の酸化剤噴出孔１４に接続されている。このように形成した酸化剤流路１４ａは、その後端から酸化剤が供給され、先端に向かって流通した酸化剤が酸化剤噴出孔１４から燃焼室１２内の軸線Ｏ１上の焦点位置に向けて噴出される。 On the other hand, the oxidant flow path 14a is provided between the first flow path 15a and the second flow path 15b of the cooling fluid flow path 15 and extends substantially parallel to the axis O1. Are connected to a plurality of oxidant ejection holes 14 opening in the inner wall surface 12a. The oxidant flow path 14a thus formed is supplied with oxidant from the rear end thereof, and the oxidant flowing toward the front end is directed from the oxidant ejection hole 14 toward the focal point on the axis O1 in the combustion chamber 12. Erupted.

ついで、上記の構成からなる合成ガス製造用燃焼装置Ｂを用いて合成ガスを製造する方法について説明し、本実施形態の合成ガス製造用燃焼装置Ｂ及び合成ガス製造方法の作用及び効果について説明する。 Next, a method for producing synthesis gas using the synthesis gas production combustion apparatus B having the above-described configuration will be described, and the operations and effects of the synthesis gas production combustion apparatus B and the synthesis gas production method of this embodiment will be explained. .

本実施形態において、合成ガスを製造する際には、はじめに、冷却流体流路１５の第１流路１５ａの後端側から冷却流体（本実施形態では冷却水）の供給をしてバーナ１０の冷却を開始する。このとき、第１流路１５ａを後端から先端側に向けて流通した冷却流体は、第３流路１５ｃを流通し、第２流路１５ｂを先端側から後端に向けて流通する。これにより、冷却流体流路１５は、連通する第１から第３流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃに一方向に冷却流体が流通されて、燃焼室１２の内壁面１２ａが主に第３流路１５ｃを流通する冷却流体により冷却される。また、第３流路１５ｃが、内壁面１２ａの先端付近から後端付近まで延設され、且つ内壁面１２ａに沿って延設されるとともに、この内壁面１２ａ近傍に配設されているため、酸化剤噴出孔１４の軸線Ｏ１方向前後の内壁面１２ａ全体が確実に冷却される。なお、第３流路１５ｃを流通する冷却流体とともに、第１流路１５ａ及び第２流路１５ｂを流通する冷却流体によって、バーナ１０全体が冷却され低温状態に保持される。なお、冷却流体は、第３から第１流路１５ｃ、１５ｂ、１５ａに向かって流しても良い。 In the present embodiment, when producing synthesis gas, first, a cooling fluid (cooling water in the present embodiment) is supplied from the rear end side of the first flow path 15a of the cooling fluid flow path 15 so that the burner 10 Start cooling. At this time, the cooling fluid that has flowed through the first flow path 15a from the rear end toward the front end flows through the third flow path 15c and flows through the second flow path 15b from the front end toward the rear end. As a result, the cooling fluid flow path 15 is circulated in one direction through the first to third flow paths 15a, 15b, 15c communicating with each other, and the inner wall surface 12a of the combustion chamber 12 is mainly the third flow path 15c. It is cooled by the cooling fluid that circulates. Further, the third flow path 15c extends from the vicinity of the front end of the inner wall surface 12a to the vicinity of the rear end thereof, extends along the inner wall surface 12a, and is disposed in the vicinity of the inner wall surface 12a. The entire inner wall surface 12a before and after the oxidant injection hole 14 in the direction of the axis O1 is reliably cooled. The entire burner 10 is cooled and kept at a low temperature by the cooling fluid flowing through the first flow path 15a and the second flow path 15b together with the cooling fluid flowing through the third flow path 15c. The cooling fluid may flow from the third to the first flow paths 15c, 15b, 15a.

ついで、二酸化炭素と水蒸気からなる調整剤と燃料とを予め混合した混合ガスを混合ガス流路１３ａに供給し、且つ酸化剤流路１４ａに酸化剤を供給して、燃焼室１２に混合ガスと酸化剤を噴出させる。このとき、混合ガス噴出孔１３より燃焼室１２に噴出する混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上とする。 Next, a mixed gas in which a regulator composed of carbon dioxide and water vapor and fuel is mixed in advance is supplied to the mixed gas flow path 13a, and an oxidant is supplied to the oxidant flow path 14a. The oxidant is ejected. At this time, the ejection speed of the mixed gas ejected from the mixed gas ejection hole 13 into the combustion chamber 12 is set to 150 m / s or more.

このように、燃焼室１２に噴出した混合ガスと酸化剤は、混合ガスの燃料と酸化剤が反応して燃焼し、図３に示すように火炎Ｓを形成する。また、このとき、燃焼室１２が円錐台状に形成され、且つ混合ガスが大きな噴出速度で噴出することによって、混合ガスの噴流が細くなり、火炎Ｓに対する酸化剤の浸透が大きくなるとともに、火炎Ｓの周囲に強力な渦流Ｔが発生する。これにより、本実施形態では、混合ガスと酸化剤が燃焼室１２内で撹拌されつつ確実に混合され、従来の燃焼装置と比較して、混合ガスと酸化剤との混合が促進されるので燃焼効率が高まる。よって、燃料に対する酸素比を１．０未満に設定し、酸化剤（酸素）や水蒸気が少ない厳しい条件においても、燃料の不完全な燃焼によって発生する煤の発生量が抑制され、また、未燃焼の燃料の熱分解によってメタンやアセチレンなどの低級炭化水素の生成が抑制されて、好適に水素と一酸化炭素を含む合成ガスが生成される。 As described above, the mixed gas and the oxidant sprayed into the combustion chamber 12 react with the fuel of the mixed gas and the oxidant to burn and form a flame S as shown in FIG. Further, at this time, the combustion chamber 12 is formed in a truncated cone shape, and the mixed gas is ejected at a large ejection speed, so that the jet of the mixed gas becomes thin, the penetration of the oxidant into the flame S increases, and the flame A strong vortex T is generated around S. Thus, in the present embodiment, the mixed gas and the oxidant are reliably mixed while being stirred in the combustion chamber 12, and the mixing of the mixed gas and the oxidant is promoted as compared with the conventional combustion device, so that the combustion is performed. Increases efficiency. Therefore, the amount of soot generated due to incomplete combustion of the fuel is suppressed even under severe conditions where the oxygen ratio to the fuel is set to less than 1.0 and the amount of oxidant (oxygen) and water vapor is low. Production of lower hydrocarbons such as methane and acetylene is suppressed by thermal decomposition of the fuel, and synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is preferably generated.

また、このとき、強力な渦流Ｔを生じさせて燃焼を促進すると燃焼室１２が高温になり、燃焼室１２の内壁面１２ａの破損が懸念されるが、冷却流体流路１５によって内壁面１２ａ全体が確実に冷却されているため、燃焼室１２に破損が生じることがない。 At this time, if combustion is promoted by generating a strong vortex T, the combustion chamber 12 becomes hot and there is a concern that the inner wall surface 12a of the combustion chamber 12 may be damaged. Is reliably cooled, the combustion chamber 12 is not damaged.

なお、混合ガスの噴出速度を２５０ｍ／ｓ以上にすると、煤発生量が僅かに増加し、且つバーナ１０への熱負荷が増大し、供給圧損が大きくなって昇圧の設備コストが増大することになる。このため、合成ガス製造用燃焼装置Ｂの性能、耐久性、経済性を考慮すると混合ガスの噴出速度は、２００〜２５０ｍ／ｓとすることが好ましい。 In addition, if the jet speed of the mixed gas is 250 m / s or more, the amount of soot generated slightly increases, the heat load on the burner 10 increases, the supply pressure loss increases, and the equipment cost for boosting increases. Become. For this reason, when the performance, durability, and economical efficiency of the combustion apparatus B for syngas production are taken into consideration, the jet speed of the mixed gas is preferably 200 to 250 m / s.

さらに、酸化剤（酸素）の噴出速度を大きくするほどに強力な渦流Ｔが発生し、混合ガスと酸化剤とがより確実に混合されることになるが、これに伴い燃焼室１２が高温になってバーナ１０への熱負荷が大きくなることを考慮すると、酸化剤の噴出速度は、混合ガスの噴出速度以下とし、好ましくは１／２程度の速度とするのが良い。 Further, as the oxidant (oxygen) ejection speed is increased, a strong vortex T is generated, and the mixed gas and the oxidant are more reliably mixed. Therefore, considering that the heat load on the burner 10 is increased, the oxidant jet speed is set to be equal to or lower than the jet speed of the mixed gas, and preferably about 1/2.

したがって、本実施形態の合成ガス製造用燃焼装置Ｂ及び合成ガス製造方法によれば、燃焼室１２を円錐台状に形成することによって、混合ガスの噴流を細く形成することができ、火炎Ｓに対する酸化剤の浸透を大きくすることができる。また、火炎Ｓの周囲に渦流Ｔを形成して混合ガスと酸化剤を確実に撹拌混合し、これらの混合を促進することができる。これにより、燃焼効率を高めることができ、原料中の酸素や水蒸気が少なく、煤が発生しやすい原料条件においても煤発生量を大幅に低減させることが可能になる。よって、本発明の合成ガス製造用燃焼装置Ｂにおいては、合成する液体燃料の種類に応じて、Ｈ_２／ＣＯの異なる合成ガスを、煤の発生を抑制しつつ好適に生成することが可能になる。 Therefore, according to the synthesis gas production combustion apparatus B and the synthesis gas production method of the present embodiment, by forming the combustion chamber 12 in the shape of a truncated cone, the jet of the mixed gas can be formed thinly, and the flame S Oxidant penetration can be increased. In addition, a vortex T can be formed around the flame S to reliably mix and mix the mixed gas and the oxidant, thereby facilitating the mixing thereof. As a result, the combustion efficiency can be increased, and the amount of soot generated can be greatly reduced even under raw material conditions where oxygen and water vapor in the raw material are small and soot is likely to be generated. Therefore, in the combustion apparatus B for syngas production of the present invention, it is possible to suitably generate syngas having different H ₂ / CO while suppressing generation of soot according to the type of liquid fuel to be synthesized. Become.

また、混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上とすることによって、火炎Ｓの周囲に発生する渦流Ｔをより強力にすることができ、混合ガスと酸化剤との混合をさらに促進して燃焼効率を高め、煤の発生をさらに抑制することができる。 Further, by setting the jet speed of the mixed gas to 150 m / s or more, the vortex T generated around the flame S can be made stronger, further promoting the mixing of the mixed gas and the oxidant, and the combustion efficiency. And the generation of wrinkles can be further suppressed.

さらに、混合ガスの噴出速度を２００〜２５０ｍ／ｓとすることによって、バーナ１０への熱負荷を抑制し、供給圧損を小さく抑えることができ、昇圧の設備コストが増大することを防止できる。これにより、合成ガス製造用燃焼装置Ｂの性能、耐久性、経済性を好適な状態に維持することができる。 Furthermore, by setting the jetting speed of the mixed gas to 200 to 250 m / s, it is possible to suppress the thermal load on the burner 10, to suppress the supply pressure loss, and to prevent increase in the equipment cost for boosting. Thereby, the performance, durability, and economical efficiency of the combustion apparatus B for syngas production can be maintained in a suitable state.

また、酸化剤の噴出速度を混合ガスの噴出速度の１／２程度とすることによって、渦流Ｔを発生させて混合ガスと酸化剤の混合を好適に行なうことができるとともに、バーナ１０への熱負荷が大きくなることを防止できる。 Further, by setting the oxidant ejection speed to about ½ of the gas mixture ejection speed, the vortex T can be generated to suitably mix the gas mixture and the oxidant, and the heat to the burner 10 can be improved. An increase in load can be prevented.

加えて、本実施形態の合成ガス製造用燃焼装置Ｂにおいては、強力な渦流Ｔを生じさせて燃焼を促進させた場合においても、内壁面１２ａ全体が冷却流体流路１５を流れる冷却流体によって確実に冷却されるため、燃焼室１２に破損が生じることを防止できる。 In addition, in the combustion apparatus B for syngas production of the present embodiment, even when a strong vortex T is generated to promote combustion, the entire inner wall surface 12a is surely secured by the cooling fluid flowing through the cooling fluid flow path 15. Therefore, the combustion chamber 12 can be prevented from being damaged.

よって、従来の燃焼装置のように遮断層を形成するために耐火物で円筒状の燃焼室を設けることなく、煤の発生を抑制することができ、且つ燃焼室１２が熱で破損することが防止できるため、燃焼装置の大型化にも十分に対応することが可能になる。 Therefore, the generation of soot can be suppressed and the combustion chamber 12 can be damaged by heat without providing a cylindrical combustion chamber made of refractory to form a barrier layer as in the conventional combustion device. Therefore, it is possible to sufficiently cope with an increase in the size of the combustion apparatus.

なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、酸化剤噴出孔１４が、周方向に等間隔で複数形成されているものとしたが、例えば周方向に繋がるスリット状に形成されていてもよい。そして、この場合においても、スリットを噴出した酸化剤が前記焦点に向けて噴出されるように形成することによって火炎Ｓの周囲に強力な渦流Ｔを発生させることができ、上記と同様の効果を得ることができる。 In addition, this invention is not limited to said one Embodiment, In the range which does not deviate from the meaning, it can change suitably. For example, in the present embodiment, a plurality of the oxidizing agent ejection holes 14 are formed at equal intervals in the circumferential direction, but may be formed in a slit shape connected in the circumferential direction, for example. In this case as well, a strong vortex T can be generated around the flame S by forming the oxidant ejected from the slit so as to be ejected toward the focal point. Obtainable.

また、本実施形態では、冷却流体流路１５の第１及び第２流路１５ａ、１５ｂと繋がる第３流路１５ｃが、燃焼室１２の内壁面１２ａの先端付近から後端付近まで延設され、且つ内壁面１２ａに沿って延設されるとともに、この内壁面１２ａ近傍に配設されているものとしたが、冷却流体流路１５（第３流路１５ｃ）は、内壁面１２ａ近傍に配置されて内壁面１２ａを冷却できれば、必ずしも内壁面１２ａに沿うように設けられていなくてもよい。さらに、本実施形態の冷却流体流路１５は、第１から第３流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃが連通して構成されているものとしたが、例えば酸化剤流路１４ａを挟んでバーナ１０の径方向内側と外側にそれぞれ分離した冷却流体流路を設け、各冷却流体流路を流通する冷却流体によって、内壁面１２ａ全体を冷却するように構成してもよい。酸化剤噴出孔がスリット状の場合など、このような構成にすることにより、内壁面１２ａを効果的に冷却できる。 Further, in the present embodiment, the third flow path 15c connected to the first and second flow paths 15a and 15b of the cooling fluid flow path 15 extends from the vicinity of the front end of the inner wall surface 12a of the combustion chamber 12 to the vicinity of the rear end. In addition, while extending along the inner wall surface 12a and disposed near the inner wall surface 12a, the cooling fluid channel 15 (third channel 15c) is disposed near the inner wall surface 12a. As long as the inner wall surface 12a can be cooled, it does not necessarily have to be provided along the inner wall surface 12a. Furthermore, the cooling fluid flow path 15 of the present embodiment is configured such that the first to third flow paths 15a, 15b, and 15c communicate with each other. For example, the cooling fluid flow path 15 of the burner 10 is sandwiched by the oxidant flow path 14a. It is also possible to provide separate cooling fluid flow paths on the inner side and the outer side in the radial direction so that the entire inner wall surface 12a is cooled by the cooling fluid flowing through each cooling fluid flow path. The inner wall surface 12a can be effectively cooled by adopting such a configuration, for example, when the oxidizing agent ejection hole is slit-shaped.

さらに、本実施形態では、燃焼室１２が、熱伝導率の高い銅や銅合金で形成されているものとしたが、特に銅や銅合金に限定する必要はなく、冷却流体が接触して好適に冷却可能であれば、他の材質で形成されていてもよい。但し、例えばステンレスなどの熱伝導率が低いもので形成した場合には、火炎Ｓ側と冷却水側との温度差が大きくなり過ぎて、発生した熱応力によって割れなどの損傷が生じてしまうため、このような損傷が発生しない程度の熱伝導率を備える材質を選定することが必要である。 Furthermore, in this embodiment, the combustion chamber 12 is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity. However, the combustion chamber 12 is not particularly limited to copper or a copper alloy, and is suitable for contact with a cooling fluid. As long as it can be cooled, it may be formed of other materials. However, for example, when formed with a material having a low thermal conductivity such as stainless steel, the temperature difference between the flame S side and the cooling water side becomes too large, and the generated thermal stress causes damage such as cracks. Therefore, it is necessary to select a material having a thermal conductivity that does not cause such damage.

以下に、図１から図４を参照し、本発明の実施例１を具体的に説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
本実施例は、内径２００ｍｍの炉及び熱交換器を備えた試験設備を用い、図４に示した従来の燃焼装置Ａと本発明に係る図１から図３に示した燃焼装置（合成ガス製造用燃焼装置）Ｂの両燃焼装置でそれぞれ合成ガスを生成し、煤の発生量や熱交換器の伝熱性能の低下状況を比較して、本発明に係る燃焼装置Ｂ及び合成ガス製造方法の優位性を明らかにしたものである。 Hereinafter, Example 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to this embodiment.
This embodiment uses a test facility equipped with a furnace having an inner diameter of 200 mm and a heat exchanger, and uses the conventional combustion apparatus A shown in FIG. 4 and the combustion apparatus (syngas production) shown in FIGS. 1 to 3 according to the present invention. Combustion device) B produces both synthesis gas and compares the amount of soot generated and the heat transfer performance of the heat exchanger with respect to the combustion device B and the synthesis gas production method according to the present invention. The advantage is clarified.

試験条件について説明する。
本実施例では、試験条件を表１に示すように設定して試験を行なっており、燃料には天然ガスを用いている。また、従来の燃焼装置Ａでは、炭酸ガス（二酸化炭素）と水蒸気を混合した調整ガス（調整剤）を２１ｍ／ｓの噴出速度で供給し、燃料を４３ｍ／ｓの噴出速度で供給している。一方、本発明に係る燃焼装置Ｂでは、燃料と炭酸ガスと水蒸気を混合した混合ガスを１５０ｍ／ｓの噴出速度で供給している。また、酸素（酸化剤）噴出速度は、従来の燃焼装置Ａにおいて６０ｍ／ｓ、本発明に係る燃焼装置Ｂにおいて７５ｍ／ｓとし、共に酸素比が０．３５となるようにしている。
なお、表１中のＳ／Ｃとは、燃料中に含まれる炭素Ｃのモル数に対する水蒸気のモル数Ｓの割合を示したものであり、酸素比と共に原料組成の指標として一般的に用いられるものである。このＳ／Ｃは、値が高いほどに水蒸気量が増えるため煤発生量が少なくなり、本実施例では、例えばＤＭＥ合成用の合成ガス（Ｈ_２／ＣＯ≒１）を製造する際に用いる低Ｓ／Ｃ（Ｓ／Ｃ＝０．３２）に設定している。すなわち、煤が発生しやすい厳しい条件で試験を行なっている。 The test conditions will be described.
In this embodiment, the test is performed with the test conditions set as shown in Table 1, and natural gas is used as the fuel. Moreover, in the conventional combustion apparatus A, the adjustment gas (regulator) which mixed the carbon dioxide gas (carbon dioxide) and water vapor | steam is supplied with the injection speed of 21 m / s, and the fuel is supplied with the injection speed of 43 m / s. . On the other hand, in the combustion apparatus B according to the present invention, a mixed gas obtained by mixing fuel, carbon dioxide gas and water vapor is supplied at an ejection speed of 150 m / s. The oxygen (oxidant) ejection speed is 60 m / s in the conventional combustion apparatus A and 75 m / s in the combustion apparatus B according to the present invention, and the oxygen ratio is 0.35.
S / C in Table 1 indicates the ratio of the number of moles S of water vapor to the number of moles of carbon C contained in the fuel, and is generally used as an index of the raw material composition together with the oxygen ratio. Is. As the S / C value increases, the amount of water vapor increases as the value increases, so that the amount of soot generated decreases, and in this embodiment, for example, the low S / C is used when producing synthesis gas (H ₂ / CO≈1) for DME synthesis. S / C (S / C = 0.32) is set. That is, the test is conducted under severe conditions where wrinkles are likely to occur.

ついで、評価方法について説明する。
本実施例では、上記の試験条件で合成ガスの生成を行ない、各燃焼装置Ａ、Ｂのバーナ２、１０の先端から１０００ｍｍの位置でガスを採取している。そして、このガスのメタン濃度と煤濃度を測定し、これらを比較して評価を行なっている。すなわち、未燃焼の燃料が多いほどに煤が多く発生し、また、この未燃焼の燃料が熱分解することによってメタン（低級炭化水素）が発生するため、メタン濃度と煤濃度がそれぞれ低い値を示すほどに、好適な状態で合成ガスの生成が行なわれていることを示すことになる。一方、本実施例では、熱交換器の下流側のガスの温度を測定している。すなわち、熱交換器に煤が付着してその伝熱性能の低下が生じているか否かを、このガス温度の計測によって確認し、両燃焼装置Ａ、Ｂの評価を行なっている。 Next, the evaluation method will be described.
In this embodiment, synthesis gas is generated under the above test conditions, and gas is collected at a position of 1000 mm from the tip of the burners 2 and 10 of each combustion apparatus A and B. And the methane concentration and soot concentration of this gas are measured, and these are compared and evaluated. That is, as the amount of unburned fuel increases, more soot is generated, and methane (lower hydrocarbons) is generated due to thermal decomposition of this unburned fuel. As shown, it indicates that the synthesis gas is being generated in a suitable state. On the other hand, in this embodiment, the temperature of the gas on the downstream side of the heat exchanger is measured. That is, whether or not soot is attached to the heat exchanger and the heat transfer performance is deteriorated is confirmed by measuring the gas temperature, and both the combustion apparatuses A and B are evaluated.

上記の試験条件で行なった試験結果を、試験条件とともに表１に示す。
この結果、本発明の燃焼装置Ｂは、メタン濃度が１．５０（％−ｗｅｔ）となり、従来の燃焼装置Ａの１．４７（％−ｗｅｔ）とほぼ同様の値を示した。一方、煤濃度は、従来の燃焼装置Ａが４．１×１０^−３（ｇ／Ｎｍ^３−ｗｅｔ）であるのに対し、本発明の燃焼装置Ｂでは、０．８８×１０^−３（ｇ／Ｎｍ^３−ｗｅｔ）となり、約１／５に煤の発生を抑制できることが確認された。また、この煤の発生量に起因して生じる熱交換器の性能低下においても、本発明の燃焼装置Ｂでは、熱交換器下流のガス温度の上昇がほとんど認められないのに対して、従来の燃焼装置Ａでは、運転時間が長くなるに従い徐々に熱交換器下流のガス温度が上昇し、熱交換器に煤が付着してその性能が経時的に低下してゆくことが確認された。 The test results conducted under the above test conditions are shown in Table 1 together with the test conditions.
As a result, the combustor B of the present invention had a methane concentration of 1.50 (% -wet), which was almost the same value as 1.47 (% -wet) of the conventional combustor A. On the other hand, the soot concentration of the conventional combustion device A is 4.1 × 10 ⁻³ (g / Nm ³ −wet), while that of the combustion device B of the present invention is 0.88 × 10 ⁻³ (g / Nm ³ -wet), and it was confirmed that the generation of wrinkles could be suppressed to about 1/5. Further, even in the deterioration in the performance of the heat exchanger caused by the amount of generated soot, in the combustion apparatus B of the present invention, almost no increase in the gas temperature downstream of the heat exchanger is observed, whereas the conventional In the combustion apparatus A, it has been confirmed that the gas temperature downstream of the heat exchanger gradually increases as the operation time becomes longer, soot adheres to the heat exchanger, and its performance decreases with time.

以上の結果から、燃焼室１２を円錐台状に形成したバーナ１０を備える本発明の燃焼装置Ｂは、水蒸気が少ない厳しい条件においても、大幅に煤の発生量を低減させることが可能であることが実証された。 From the above results, the combustion apparatus B of the present invention including the burner 10 in which the combustion chamber 12 is formed in a truncated cone shape can greatly reduce the amount of soot generated even under severe conditions with little water vapor. Has been demonstrated.

ついで、以下に、図１から図３を参照し、本発明の実施例２について具体的に説明する。本実施例は、実施例１と同様に、炉及び熱交換器を備えた試験設備を用い、本発明に係る図１から図３に示した燃焼装置Ｂで合成ガスを生成している。そして、本実施例は、混合ガス及び酸化剤の各噴出速度を段階的に変化させ、混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上とし、また、該噴出速度を２００〜２５０ｍ／ｓとして合成ガスを製造することによる優位性を明らかにしたものである。 Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, as in the first embodiment, a test facility including a furnace and a heat exchanger is used, and the synthesis gas is generated by the combustion apparatus B shown in FIGS. 1 to 3 according to the present invention. In this embodiment, each of the jetting speeds of the mixed gas and the oxidant is changed stepwise, the jetting speed of the mixed gas is set to 150 m / s or more, and the jetting speed is set to 200 to 250 m / s. The advantage of manufacturing is clarified.

試験条件について説明する。
本実施例では、試験条件を表２に示すように設定して試験を行なっており、実施例１と同様のＳ／Ｃ＝０．３２と、Ｓ／Ｃ＝０．１６としてさらに煤が発生しやすい厳しい条件とで試験を行なっている。そして、Ｓ／Ｃ＝０．３２においては、混合ガスの噴出速度を、１００（Ｃａｓｅ１−１）、１２５（Ｃａｓｅ１−２）、１５０（Ｃａｓｅ１−３）ｍ／ｓに段階的に変化させた３ケースで試験を行ない、Ｓ／Ｃ＝０．１６においては、混合ガスの噴出速度を、１５０（Ｃａｓｅ２−１）、１７５（Ｃａｓｅ２−２）、２００（Ｃａｓｅ２−３）、２２５（Ｃａｓｅ２−４）、２５０（Ｃａｓｅ２−５）、２７５（Ｃａｓｅ２−６）に段階的に変化させた６ケースで試験を行なっている。 The test conditions will be described.
In this example, the test conditions are set as shown in Table 2, and the test is performed. S / C = 0.32 and S / C = 0.16 are the same as in Example 1, and further wrinkles are generated. The test is conducted under severe conditions that are easy to perform. And in S / C = 0.32, the jet speed of mixed gas was changed in steps to 100 (Case1-1), 125 (Case1-2), 150 (Case1-3) m / s 3 The test was conducted in the case, and at S / C = 0.16, the ejection speed of the mixed gas was 150 (Case 2-1), 175 (Case 2-2), 200 (Case 2-3), 225 (Case 2-4). , 250 (Case 2-5), 275 (Case 2-6), the test was conducted in 6 cases.

本実施例では、上記の各試験条件で合成ガスの生成を行ない、実施例１と同様に、各バーナの先端から１０００ｍｍの位置でガスを採取し、このガスのメタン濃度と煤濃度を測定して評価を行なっている。また、実施例１と同様に、熱交換器の下流側のガス温度も測定して評価を行なっている。 In this example, synthesis gas was generated under the above test conditions, and as in Example 1, gas was sampled at a position of 1000 mm from the tip of each burner, and the methane concentration and soot concentration of this gas were measured. To evaluate. Further, as in Example 1, the gas temperature on the downstream side of the heat exchanger is also measured and evaluated.

上記の試験条件で行なった試験結果を、試験条件とともに表２に示す。
この結果、Ｓ／Ｃ＝０．３２において、混合ガスの噴出速度を１００、１２５ｍ／ｓとしたＣａｓｅ１−１とＣａｓｅ１−２では、それぞれ煤濃度が２．５１×１０^−３、１．８１×１０^−３（ｇ／Ｎｍ^３−ｗｅｔ）となり、噴出速度を１５０ｍ／ｓとしたＣａｓｅ１−３の０．８８×１０^−３（ｇ／Ｎｍ^３−ｗｅｔ）に対し、煤の発生量が多くなることが確認された。また、Ｃａｓｅ１−１及びＣａｓｅ１−２では、煤の発生量が多いことに起因して熱交換器の伝熱性能が低下することが確認された。 Table 2 shows the results of the tests conducted under the above test conditions together with the test conditions.
As a result, at S / C = 0.32, the soot concentrations in Case 1-1 and Case 1-2 in which the mixed gas ejection speed is 100 and 125 m / s are 2.51 × 10 ⁻³ and 1.81 ×, respectively. 10 ⁻³ (g / Nm ³ −wet), and the generation amount of soot is larger than 0.88 × 10 ⁻³ (g / Nm ³ −wet) of Case1-3 with an ejection speed of 150 m / s It was confirmed. In Case 1-1 and Case 1-2, it was confirmed that the heat transfer performance of the heat exchanger was reduced due to the large amount of soot generated.

一方、Ｓ／Ｃ＝０．１６においては、混合ガスの噴出速度を１５０、１７５ｍ／ｓとしたＣａｓｅ２−１とＣａｓｅ２−２で、煤の発生量が多くなるととともに、熱交換器の伝熱性能の低下が確認された。これに対し、混合ガスの噴出速度を２００ｍ／ｓ以上としたＣａｓｅ２−３〜Ｃａｓｅ２−６では、煤の発生量が大幅に低下し、且つ熱交換器の伝熱性能を好適な状態に維持できることが確認された。 On the other hand, at S / C = 0.16, the generation amount of soot is increased and the heat transfer performance of the heat exchanger is increased in Case 2-1 and Case 2-2 in which the mixed gas ejection speed is 150 and 175 m / s. Decline was confirmed. On the other hand, in Case 2-3 to Case 2-6 in which the ejection speed of the mixed gas is 200 m / s or more, the amount of soot generated is greatly reduced, and the heat transfer performance of the heat exchanger can be maintained in a suitable state. Was confirmed.

以上の結果から、本発明の合成ガス製造用燃焼装置Ｂにおいて、混合ガスの噴出速度を１５０ｍ／ｓ以上にし、また、２００〜２５０ｍ／ｓにすることで、水蒸気が少ない厳しい条件においても、確実に煤の発生量を低減させることが可能であることが実証された。 From the above results, in the combustion apparatus B for syngas production according to the present invention, the injection speed of the mixed gas is set to 150 m / s or more, and 200 to 250 m / s. It has been demonstrated that it is possible to reduce the amount of soot generated.

本発明の一実施形態に係る合成ガス製造用燃焼装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion apparatus for synthesis gas manufacture which concerns on one Embodiment of this invention. 図１のＸ−Ｘ線矢視図である。FIG. 2 is a view taken along line XX in FIG. 1. 図１の合成ガス製造用燃焼装置により合成ガスを生成している状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which is producing | generating syngas with the combustion apparatus for synthetic gas manufacture of FIG. 従来の合成ガス製造用燃焼装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional combustion apparatus for synthetic gas manufacture.

Explanation of symbols

１０バーナ
１０ａ先端
１０ｂ外面
１１炉
１２燃焼室
１２ａ内壁面
１３混合ガス噴出孔
１３ａ混合ガス流路
１４酸化剤噴出孔
１４ａ酸化剤流路
１５冷却流体流路
１５ａ第１流路
１５ｂ第２流路
１５ｃ第３流路
Ｂ合成ガス製造用燃焼装置
Ｏ１軸線
Ｓ火炎
Ｔ渦流

10 Burner 10a Tip 10b Outer surface 11 Furnace 12 Combustion chamber 12a Inner wall surface 13 Mixed gas injection hole 13a Mixed gas flow path 14 Oxidant discharge hole 14a Oxidant flow path 15 Cooling fluid flow path 15a First flow path 15b Second flow path 15c Third flow path B Combustion device O1 for syngas production Axis S Flame T Swirl

Claims

A combustion apparatus for producing a synthesis gas for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by burning a mixed gas of a regulator and a fuel comprising water vapor and / or carbon dioxide gas,
A combustion chamber having a frustoconical inner hole that gradually expands toward the furnace and opens to the furnace is provided at the tip, and the mixed gas is applied to the inner wall surface of the combustion chamber toward the tip in the axial direction. A mixed gas jet hole for jetting, and an oxidant jet hole for jetting an oxidant so as to have a focal point on the axis of the combustion chamber, while being arranged radially outside the mixed gas jet hole Provided,
In the vicinity of the inner wall surface of the combustion chamber, there is provided a cooling fluid passage for circulating a cooling fluid to cool the inner wall surface.

The combustion apparatus for syngas production according to claim 1,
The cooling fluid passage is formed so as to extend along the inner wall surface of the oxidant ejection hole before and after the axial direction, and is formed so as to cool the entire inner wall surface. Combustion device for manufacturing.

A method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen using the combustion apparatus for producing a synthesis gas according to claim 1 or 2,
A method for producing a synthesis gas, wherein the jetting speed of the mixed gas is 150 m / s or more.

In the synthesis gas manufacturing method of Claim 3,
A method for producing a synthesis gas, wherein the jetting speed of the mixed gas is 200 to 250 m / s.