JP5972905B2 - ガス化反応器 - Google Patents

Description

本発明は、下側端部開口部が水溶性スラグ収集浴槽の中へ入った管状の気密壁のガス化装置を備え、気密壁が圧力容器内に配置されている、ガス化反応器に関する。

ガス化反応器は、例えば、微粉炭、油、バイオマス、ガス、または、任意の他のタイプの炭素質給送物などのような、炭素質給送物の部分燃焼によって合成ガスを生成するために使用されることが可能である。いくつかのガス化反応器のタイプは、排出部（一般的に、浸漬管と称される）を介して、水溶性スラグ収集浴槽を介して合成ガスを排出するために、下側端部に排出開口部を有する。ガス化装置の中の圧力上昇に起因して、新たに生成された合成ガスが、浸漬管の下側縁部の周りのスラグ収集浴槽を通って、下方へ流れることを強いられ、ガス化装置壁と圧力容器壁との間の環状空間の中に再収集される。このように、スラグ収集浴槽の中の水が、合成ガスを洗浄し、冷却する。

熱応力を低減させるために、ガス化装置壁は、典型的に冷却され、例えば、水などのような冷却剤媒体のためのチャネルを画定する平行の管状のラインによって形成されることが可能である。これらの管状のラインは、相互接続され、気密壁構造体、例えば、チューブフィンチューブ（ｔｕｂｅ−ｆｉｎ−ｔｕｂｅ）配置を形成する。これらのガス化装置壁は、ガス化装置内の高い作動圧力によって誘発される負荷にさらされる。ガス化装置内の圧力は、例えば、２〜８ＭＰａ（２０〜８０バール）の高さにまでなり得る。圧力によって誘発されるガス化装置壁の中の機械的負荷を低減させるために、内部のガス化装置圧力を、ガス化装置と圧力容器との間の周囲の環状空間の中の圧力にバランスさせることが望まれる。これは、環状空間内の圧力がガス化装置内の圧力とおおよそ同じ高さに維持されることを必要とする。他方では、ガス化装置からスラグ収集浴槽の中へ吹き込まれた合成ガスは、浸漬管と圧力容器との間の環状空間内に泡立つことが可能であるべきである。これは、スラグ収集浴槽の上方の環状空間の中の圧力が、ガス化装置内の圧力よりも実質的に小さくなることを必要とする。通常、これは、環状のシールによって、環状空間を、ガス化装置を取り囲む上側セクションと、スラグ収集浴槽の上方の下側セクションとに分離することによって実現される。そのような単一のシールは、上側セクションからの永続的な高い圧力と、下側セクションからのより低い圧力とに、同時にさらされ、下側セクションからのより低い圧力は、合成ガスがスラグ収集浴槽から泡立つときに高い周波数で変動する。蓄積された負荷パターンは、シールの早期の故障につながる可能性がある。

本発明の目的は、ガス化装置の壁と周囲の圧力容器との間の環状空間の上側および下側セクションの丈夫で信頼性のある分離を提供することである。

本発明の目的は、管状の気密壁を有するガス化装置を備えるガス化反応器であって、気密壁が、下側スラグ収集浴槽の中へ通じる下側端部に排出チャネルを有する、ガス化反応器によって実現され、気密壁およびスラグ収集浴槽が、圧力容器内に配置されており、圧力容器と排出チャネルを有するガス化装置との間の環状空間が、ダンパーを備えるシーリング装置によって、高圧の上部セクションと低圧の下側セクションとに分離されている。こうして、シーリング装置は、下側セクションの中の変動する圧力負荷によって誘発される機械的応力から少なくとも部分的に解放される。

シーリング装置が、例えば、上側シールを含み、ダンパーは、上側シールの下方へ所定の軸線方向距離にある下側シールによって形成されている。このように、上側圧力シールは、ガス化装置の周りの上側セクションの中の高い静圧だけにさらされており、一方、下側シールは、上側セクションの中の高い静圧にさらされることなく、下側セクションの中の脈動する合成ガス流れによって誘発される、変動する下側圧力を減衰させる。圧力変動によって誘発される下側シールの変形は、２つのシール同士の間の空間の体積の実質的な変化を生じさせることとはならず、そのため、中間空間内の圧力変動は、典型的に無視できる程であり、または、少なくとも下側シールの下方のセクションの中よりも実質的に小さくなることとなる。

合成ガスの排出のための１つまたは複数の排出チャネルは、典型的に、下側シールの下方の所定の位置において、圧力容器壁の中の開口部に接続され、ガスを冷却するための熱交換器、または、ガス処理のための機器など、下流の機器に、合成ガスを導くこととなる。

上側シールは、高い静圧に耐えるように設計されることが可能であり、例えば、環状プレート、例えば、鋼製プレートのような金属製プレートであることが可能であり、圧力容器壁の内側表面に溶接されたその外側円周部と、ガス化装置の壁、とりわけ、ガス化装置の合成ガス排出部または浸漬管に溶接された、その内側円周部とを有している。

圧力容器と浸漬管を備えたガス化装置との間の膨張の差は、上側および下側シール内の追加的な機械的応力を結果として生じさせる。これらの応力を低減させるために、上側および／または下側シールの環状プレートは、例えば、断面が段状の構成を有することが可能である。断面の内側半分は、例えば、外側半分に対して、下向き方向に、または、上向き方向に、オフセットされることが可能であり、または、断面が、縁部に対して下向きまたは上向きにオフセットされた中央セクションを示すことが可能である。

下側シールは、高い周波数で変動する圧力差に対処するように設計されることが可能である。上側シールと同様、下側シールは、例えば、環状プレート、例えば、鋼製プレートのような金属製プレートであることが可能であり、圧力容器の壁の内側表面に溶接されたその外側円周部と、ガス化装置壁、とりわけ、ガス化装置の合成ガス排出部に溶接されたその内側円周部とを有している。異なる負荷パターンを考慮して、下側シールは、例えば、より薄い壁厚を有することにより、上側シールよりも高い可撓性を有することが可能である。

随意的に、シール同士の間の中間空間は、パージングガスの供給部に作動可能に接続されることが可能である。このように、中間空間内の圧力は、圧力容器の上側セクションの中の高い圧力環境と、圧力容器の下側セクションの中の変動する圧力環境との間に、効果的な緩衝装置を作り出すように制御されることが可能である。パージングガスは、例えば、窒素であることが可能である。

追加的に、または、代替的に、２つのシール同士の間の空間には、１つまたは複数の過剰圧力弁などのような、１つまたは複数の圧力制御部が設けられる。
さらなる実施形態では、シーリング装置が、環状空間の互いに対向する側から延在する少なくとも２つの環状部材を含むことが可能であり、環状部材は、ダンパーを形成する液圧ロック（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏｃｋ）を画定するように離隔された、互いに組み合う（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ）自由端部を有する。例えば、圧力容器の壁が、環状部材のうちの一方を支持し、この環状部材が、垂直方向に延在する第１の円筒形状壁を支持する自由内側円周部を有しており、一方、他方の環状部材が、ガス化装置の壁の側で支持されており、垂直方向に延在する第２の円筒形状壁を支持する自由外側円周部を有しており、第２の円筒形状壁が、第１の円筒形状壁内に同軸に配置されており、２つの円筒形状壁の間の空間は、環状空間の上側および下側セクションに液圧的に連通しており、少なくとも部分的に液体（典型的には水）で満たされて、液圧ロックを形成している。

このように、シーリング機能と減衰機能とは、単一のシールの中に統合されることが可能である。代替的に、液圧ロックは、上記のように、上側シールの下方へ所定の距離にある下側シールの一部であることが可能である。

例えば、液圧ロックは、水、または、任意の他の適切なタイプの液圧流体の供給のための、１つまたは複数の供給部を含むことが可能である。水の供給は、例えば、連続的であることが可能である。このように、液圧ロックは、定期的に、または、連続的に、流し出されることが可能である。水の中の腐食性溶液が希釈され、分散粒子の濃縮によって引き起こされる粘度変化の可能性が防止される。

随意的に、液圧ロックが、オーバーフロー部を備えることが可能であり、オーバーフロー部が、オーバーフローする水を、ガス化装置の壁の少なくとも一部に沿って、例えば、排出チャネルまたは浸漬管に沿って案内する。オーバーフローする水が、熱負荷を低減させるためにガス化装置の壁を冷却し、反応器のロバスト性および信頼性に貢献する。追加的に、または、代替的に、液圧ロックに水を供給するための１つまたは複数の水供給部が、ガス化装置の壁の少なくとも一部に沿って、例えば、排出チャネルまたは浸漬管に沿って水を案内するように配置されることが可能である。

ドレン開口部が、液圧ロックの底部に設けられ、例えば、フライアッシュ粒子の堆積を回避することが可能である。
排出チャネルまたは浸漬管が、２つのシール同士の間の空間内の圧力容器壁の内側表面において、支持部から吊るされている場合、支持部は、フライアッシュ、および、高温の合成ガスの熱負荷に対して効果的に遮蔽される。

シーリング装置は、例えば、排出チャネルまたは浸漬管の高さに位置決めされることが可能である。こうして、排出チャネルの上方のガス化装置壁は、圧力容器の上側セクションの高圧環境によって取り囲まれる。

随意的に、ガス化反応器には、ダンパーの上方の空間へ、例えば、水位を制御するために液圧ロックの上方の空間へ、または、中間空間の中の圧力を制御するために上側シールと下側シールとの間の空間へのパージングガスの供給のための１つまたは複数の接続部が設けられることが可能である。

ここで、本発明の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して説明されることとなる。

本発明によるガス化反応器の実施形態を概略的に示す図である。 本発明によるガス化反応器の第２の実施形態を概略的に示す図である。 本発明によるガス化反応器の第３の実施形態を概略的に示す図である。

図１は、ガス化反応器１を示し、ガス化反応器１は、円筒形状のガス化装置壁３と、バーナー６を通すための中央通路開口部５を有する閉じた上端部４と、ガス排出開口部８へだんだん狭くなるテーパー付きの下側端部７とを備えたガス化装置２を含む。代替的に、または、追加的に、ガス化反応器は、側方位置からガス化装置に進入する１つまたは複数のバーナーを有することが可能である。ガス化装置壁３は、相互接続された平行の垂直冷却剤ライン１０から造られ、気密構造体を形成する。冷却剤ライン１０の下側端部において、冷却剤媒体が、円形の分配ライン１１を介して供給される。冷却剤媒体は、冷却剤ライン１０の上部にある円形のヘッダーライン１２を介して排出される。この特定の実施形態では、ガス化装置壁３の内側表面には、耐火性ライナー１３が設けられている。

円筒形状の排出チャネルまたは浸漬管１５が、排出開口部８と一列に配置されている。浸漬管１５は、水槽などのような冷却剤貯蔵部１７の中へ延在する下側端部１６を有している。ガス化装置２、浸漬管１５、および、冷却剤貯蔵部１７は、円筒形状の圧力容器１８内に同軸に配置され、底部１９が浸漬管１５の下側端部１６から所定の距離にある。

ガス化装置２の中で、合成ガスが、バーナー６を介してガス化装置２の中へ給送された炭素質給送物の部分燃焼によって生成される。ガス流路は、図１で、矢印Ａによって示されている。加圧された合成ガスが、浸漬管１５の下側端部１６の周りの冷却剤貯蔵部１７の水の中へ流れ、浸漬管１５の外部側において、上向きに流れて戻る。

排出チャネル１５を備えたガス化装置２は、圧力容器１８と実質的に同軸である。これによって、圧力容器１８の内側表面と浸漬管１５を備えたガス化装置２との間に、環状空間２０が残される。環状空間２０は、上側セクション２１と下側セクション２２との間で、シーリング装置２３によって分割されている。シーリング装置２３は、上側シール２４と、上側シール２４の下方へ所定の距離にある下側シール２５とを含む。

上側シール２４は、圧力容器壁の内側表面に溶接されたその外側円周部２６と、浸漬管１５の壁に溶接されたその内側円周部２７とを有する環状の鋼製プレートである。外側円周部２６は、環状プレートの残りの部分より、特定の上向きの距離だけオフセットされている。

同様に、下側シール２５は、圧力容器壁の内側表面に溶接されたその外側円周部２８と、上側シール２４の下方へ所定の距離において浸漬管１５の壁に溶接されたその内側円周部２９とを有する環状の鋼製プレートである。環状の中間セクション３０が、内側および外側円周部２８、２９から下向きにオフセットされている。これによって、下側シール２５には、圧力変動を吸収するために必要な可撓性が与えられる。

上側セクション２１は、ガス化装置２を取り囲んでいる。上側セクション２１の中の圧力を、ガス化装置２内の高い圧力と均等にすることによって、ガス化装置壁３の中の機械的応力負荷は低減させられる。下側セクション２２の中の圧力は、十分に低く、例えば、上側セクション２１の中の圧力よりも０〜０．１ＭＰａ（０〜１バール）低くなっているべきである。結果として、ガス化装置から浸漬管１５を通って流れるように強いられた合成ガスが、低圧の下側セクション２２の中へ泡立つ。排出ライン３１が、生成された合成ガスを、冷却器（図示せず）などのような下流の機器に排出する。

上側シール２４は、上側セクション２１の中の高い圧力にさらされる。下側シール２５は、上側セクション２１の中の圧力にさらされずに、下側セクション２２内の圧力だけにさらされており、下側セクション２２内の圧力は、通常運転中は、一般的により低い。貯蔵部１７を通る合成ガスの流れが、下側セクション２２の中へ上向きに泡立ち、それは、下側セクション２２内に変動する圧力を結果として生じさせる。下側シール２５は、圧力変動を減衰させ、上側シール２４がこれらの脈動にさらされることを効果的に防止する。

上側シール２４と下側シール２５との間に、中間空間３２が存在し、内部圧力は、パージングガス（図示せず）の供給によって、所望のレベルに維持されている。圧力は、典型的に、高い上側セクション圧力と、平均的な下側セクション圧力との間であることとなる。

図２は、本発明によるガス化反応器の代替的な実施形態の詳細を概略的に断面で示す。図面において、浸漬管４０が、垂直方向に配置された圧力容器４１内に同軸に延在している。圧力容器４１と浸漬管４０との間の環状空間４２は、シーリング装置４３によって、上側セクション４４と下側セクション４５とに分割されている。

シーリング装置４３は、環状空間４２の互いに対向する側から延在する２つの環状部材４６、４７を含む。圧力容器壁は、第１の環状部材４６を支持し、第１の環状部材４６は、下向きに延在する第１の円筒形状壁４８を支持する自由内側円周部を有している。第２の環状部材４７は、ガス化装置壁の側で、浸漬管４０によって支持されている。第２の環状部材４７は、上向きに延在する第２の円筒形状壁４９を支持する自由外側円周部を有しており、第２の円筒形状壁４９は、第１の円筒形状壁４８内に同軸に配置されている。このように、円筒形状壁４８、４９は、液圧ロック５０を画定するために離隔された環状部材４６、４７の組み合う自由端部を形成している。液圧ロック５０は、下側セクション４５内の圧力変動を減衰させるダンパーを形成しており、下側セクション４５内の圧力変動は、浸漬管４０の下側端部から泡立つ合成ガスによって誘発される。上側セクション４４は、浸漬管４０と圧力容器壁との間の熱膨張の差によって誘発される機械的応力を吸収する必要なく、下側セクション４５から効果的にシールされている。そのうえ、フライアッシュが、液圧ロックの水の中に捕捉されることとなり、それが、上側セクション４４を、実質的にフライアッシュがない状態に維持する。

上側セクション４４には、パージガスの供給のための接続部５１が設けられており、それが、液圧ロック５０の中の水位を制御するために使用される。複雑な制御システムの必要性を除去するために、パージガスの流れは、一定のレベルに維持されることが可能である。

水が、１つまたは複数の水供給部５２、５３から液圧ロック５０へ流れる。水は、浸漬管４０の外側表面に沿って案内され、浸漬管４０を冷却する。
図３は、ガス化反応器の実施形態の圧力容器６１内に同軸に配置された浸漬管６０を概略的に示す。図２の実施形態と同様に、圧力容器６１と浸漬管６０との間の環状空間６２は、シーリング装置６３によって、上側セクション６４と下側セクション６５とに分割されている。シーリング装置６３は、環状空間６２の互いに対向する側から延在する２つの環状部材６６、６７を含む。圧力容器壁は、第１の環状部材６６を支持し、第１の環状部材６６は、その自由内側円周部において、下向きに延在する第１の円筒形状壁６８を支持している。第２の環状部材６７は、ガス化装置壁の側で、浸漬管６０によって支持されている。第２の環状部材６７は、上向きに延在する第２の円筒形状壁６９を支持しており、第２の円筒形状壁６９は、第１の円筒形状壁６８内に同軸に配置されている。平行の円筒形状壁６８、６９が、液圧ロック７０を画定している。したがって、シーリング装置６３の下側シールの部分は、部材６６、６７、下向きに延在する第１の円筒形状壁６８、上向きに延在する第２の円筒形状壁６９、および、液圧ロック７０を含む。

この実施形態では、また、シーリング装置６３は、上側シール７１も含み、上側シール７１は、上側セクション６４内の高い圧力から液圧ロック７０を遮蔽している。上側シール７１は、環状空間６２に完全に架橋された環状の鋼製リングであり、圧力容器６１の内側表面と浸漬管６０の外側表面とに、気密の態様で溶接されている。

液圧ロック７０は、下側セクション６５の中の圧力変動を減衰させるダンパーを形成しており、下側セクション６５の中の圧力変動は、浸漬管６０の下側端部から泡立つ合成ガスによって誘発される。液圧ロック７０は、静水圧高さが、設計圧力差に圧力差の変動成分を加えたものと等しくなるように寸法決めされている。液圧ロック７０は、過剰圧力リリーフ弁としての役割を果たすこととなり、シーリング装置６３にかかる圧力差が、液圧ロック７０内の水柱の静水圧高さに制限されるようになっている。

水が、１つまたは複数の水供給部７２から液圧ロック７０へ流れる。水は、浸漬管６０の外側表面に沿って案内され、浸漬管６０を冷却する。
１つまたは複数のパージガス給送ライン７３が、例えば窒素などのパージングガスを、第１の円筒形状と浸漬管６０との間の空間に給送する。パージングガスは、液圧ロックの中の水を所望のレベルに維持する役割を果たす。

Claims (5)

1. 管状の気密壁を有するガス化装置を備えたガス化反応器であって、前記気密壁は、下側スラグ収集浴槽の中へ通じる下側端部に排出チャネルを有しており、前記気密壁および前記下側スラグ収集浴槽が圧力容器内に配置されており、前記圧力容器と前記排出チャネルを有する前記ガス化装置との間の環状空間が、ダンパーを備えるシーリング装置によって、高圧の上部セクションと低圧の下側セクションとに分離されており、前記シーリング装置は、前記環状空間（４２）における、互いに対向する側から延在する２つの環状部材（４６）、（４７）、すなわち、第１の環状部材（４６）及び第２の環状部材（４７）を備え、
   前記圧力容器の壁が前記第１の環状部材（４６）を支持し、前記第１の環状部材（４６）が、下向きに延在する第１の円筒形状壁（４８）を支持する自由内側円周部を有しており、
   前記第２の環状部材（４７）が、前記第１の環状部材の下方へ所定の軸線方向距離に配置され、浸漬管（４０）によって支持され、前記第１の円筒形状壁（４８）内に同軸に配置された上向きに延在する第２の円筒形状壁（４９）を支持する自由外側円周部を有しており、
   前記ダンパーは、液圧ロック（５０）を画定するように離隔された、前記第１及び第２の環状部材（４６）、（４７）の互いに組み合う自由端部を形成する前記第１及び第２の円筒形状壁（４８）、（４９）によって形成され、
   前記第１の円筒形状壁（４８）と前記第２の円筒形状壁（４９）との間の空間は、少なくとも部分的に液体で満たされて、前記液圧ロックを形成している、ガス化反応器。
2. 前記液圧ロック（７０）の上方に上側シール（７１）を備えており、前記上側シール（７１）は、金属製環状プレートであり、前記金属製環状プレートは、前記金属製環状プレートの内側円周部に沿って、前記排出チャネルを有する前記ガス化装置の壁に気密状態で溶接され、前記金属製環状プレートの外側円周部は、前記圧力容器の壁に気密状態で溶接されている、請求項１に記載のガス化反応器。
3. 前記液圧ロック（５０、７０）と前記上側シール（７１）の間の中間空間には、１つまたは複数の圧力制御部が設けられている、請求項２に記載のガス化反応器。
4. 前記液圧ロックが、１つまたは複数の水供給部を備え、前記水供給部のうちの少なくとも１つが、前記排出チャネルを有する前記ガス化装置の壁の少なくとも一部に沿って水を案内するように配置されている、請求項１に記載のガス化反応器。
5. 前記液圧ロックが、オーバーフロー部を備え、前記オーバーフロー部が、オーバーフローする水を、前記排出チャネルを有する前記ガス化装置の壁の一部に沿って案内する、請求項１に記載のガス化反応器。

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