JPH0271007A - 圧力反応器に使用する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は流動性送給体（ｆｌｕｉｄ　ｆｅｅｄｓ）を圧
力容器へ送ることのできる装置に関するものである。

本発明のもつと特定的な特徴の一つにおいては、問題の
方法と装置はＨ２やＣＯを含むカス状製品、たとえば合
成ガス、還元性ガス及び燃料ガスを、炭素質スラリ（ｃ
ａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ　５ｌｕｒｒｉｅｓ）の高圧部
分酸化（ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐａｒｔｉａｌ
　ｏｘｉｄ８Ｌｔｉｏｎ）によって製造することに係わ
る。

（従来の技術） 炭素質スラリの加圧部分酸化に供される方法と装置はと
もにこの技術分野ではよく知られている。

たとえばＵ、Ｓ、　Ｐａｔ　、　／１６４，１１３，４
４５　：２％　４，３５３，７１２；及び／ｌａ　４，
４４３．２３０　　を参照されたい。多くの場合、炭素
質スラリ及び酸素含有ガスは、ふつう温度２５００°Ｆ
（１３７０℃）の反応域に送られる。反応器（ｒｅａｃ
ｔｏｒ）の温度をそのような値まで上げるのは少なくと
も二つの方法でなされる。このうちの一つでは、簡単な
予熱バーナが非気密状態で反応器のバーナ口に付される
。この予熱バーナへは、反応器を２０００〜２５００”
Ｆ（１０９０〜１６７０℃）に、反応器の耐火材をいた
めない様な速度で加熱できるような炎を発生させるべく
、たとえばメタンΩような燃料ガスが送り込まれる。ふ
つうこの加熱速度は４０〜８０下／ｈｒ（２２〜ｂ この予熱段階では、反応域は大気圧或いはそれより若干
低くされる。大気圧より低い圧力とするのが望ましいが
、それは、予熱器と反応器の間の非気密結合を通して空
気が入り込むからであり、この空気は燃料ガスを燃焼さ
せるように働くからである。予熱温度が望ましいものに
なった後、予熱バーナは反応器から除かれ、そして処理
バーナ（ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｕｒｎｅｒ）　に取り替え
られる。この交換は出来るだけ迅速に行う必要かある。

なぜなら反応域が交換中に冷えてしまうからである。温
度が１８００下（９８２℃）迄下ってしまうのは異常で
ある。もし反応域の温度がまだ許容される温度域にある
なら、炭素噸スラリと酸素含有ガスは、温度調節材（ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｒａｔｏｒ）　　Ｙ使
用し又は使用しないでスラリか部分酸化されろよう、処
理バーナへ送給される。反応器の耐火材が熱衝撃で破損
することがあるので、反応域温度を急激に上げない様、
処理バーナの取扱いには注意すべきである。

もし反応域温度が許容温度範囲より低いなら、予熱しな
おす必要がある。その様な場合、時間が失われ、そして
余計な労賃も必要になる。

反応域温度を望ましい範囲内にするための、二つの方法
のうちのもう一方では、予熱用ならびに処理用バーナと
して作動し得る二重用途用バーナ（ｄｕａｌ　ｐｕｒｐ
ｏｓｅ　ｂｕｒｎｅｒ）　　が要求される；たとえば、
Ｕ、Ｓ、　Ｐａｔ、　Ａ４．！１５３．７１２に開示さ
れたバーナを参照されたい。この種のバーナは炭素質ス
ラリ、酸素含有ガス、燃料ガス及び／又は温度調１頂材
を選択的に及び同時に送給する複数の管路を備えている
。バーナで反応器を予熱する場合、完全燃焼がなされる
ように、バーナで酸素含有ガスと燃料ガスとを適当な割
合で送給する必要がある。

反応域の温度が望ましい範囲に入った後、燃料ガスは炭
素質スラリと完全に置換されるか、スラリと同時に送給
される。同時送給とする場合、ふつう部分的にのみ酸化
されるよう、燃料ガスは少な目に送られる。同時送給は
ふつう、最初炭素質スラリを反応器に送給しておき、そ
して反応域の温度を、操作条件が炭素質スラリ／酸素含
有ガス送給状態において平衡なものとなるまで保持した
状態で行う。二重用途用処理バーナの使用においては、
操業時間や予熱バーナ／処理バーナ法におけるような無
駄もなく、それ自身の欠点もない。二重用途バーナを用
いるとき、両手熱条件、即ち［大気圧一完全燃焼条件」
及び［高圧部分酸化条件Ｊ下で火炎を安定に保つのは困
難であり、操業の信頼性が乏しくなる。

合成ガス工業分野である者は、予熱バーナと処理バーナ
とを用いることとし、処理バーナは炭素質スラリ、酸素
含有ガス、燃料ガス及び／又は温度調節材を選んで同時
送給できるようなものとすることを提案し、た。この組
合せは操業時間の無駄と、予熱バーナな処理バーナに置
き替える際の労務費の必要性をまだ残しているとはいえ
、処理バーナでの“選択的な同時送給”　（ｓｅｌｅｃ
ｔｉｖｅｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｎａｎｅｏｕｓ　ｆｅｅ
ｄ）性は前に議論した反応容器の耐火材への熱衝撃の減
少のために寄与する。熱衝撃の減少は、予熱バーナを除
いたのち反応域温度をそのさめた時の温１ｖから望む温
度までもっていくことで達成できるが、それは最初は酸
素と燃料ガスを送給しておき、保々に燃料ガスを炭素質
スラリに置き替えて行くことで行われる。

炭素質スラリの送給を緩慢に保々に増していくことで、
加熱し、蒸発させるべきスラリ液を少量にでき、反応器
の温度低下は最小限とすることができる。さらに、炭素
質スラリの送給の初期においては、燃料ガスの連続送給
により反応器に熱が付加されることになる。燃料ガスは
部分酸化条件で燃焼するので、ガス生成物における０２
の混入は殆んどない。

たった今述べた方法で用いられる処理バーナにより、反
応器に効果的な方法で酸素含有ガス、炭素質スラリに燃
料ガスの両方を供給してやれる筈である。効果的たらし
めるには、炭素質スラリを酸素含有ガスに均一でしかも
きわめてよい霧状（ｈｉｇｈｌｙ　ａｔｏｍｉｚｅｄ　
５ｔａｔｅ）で（たとえば最大液滴サイズ１０００ミク
ロン未満で）分散させてやる必要がある。均一な分散と
霧化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）により、燃焼が妥当な
ものになり、反応域に熱点のできるのが避けられる。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の目的は以上に鑑み、ろ種又はそれ以上の流体送
給流（ｆｌｕｉｄ　ｆｅｅｄ　ｓｔｒｅａｍｓ）を反応
域に選択的かつ同時に送給するとともに、炭素質スラリ
を酸素含有ガス中へ霧化し、均一分散させることのでき
る処理バーナな提供することにある。

本発明は、合成ガス・燃料ガス又は還元性ガスを、ふつ
う圧力を１５〜３５００　ｐｓｉｇ　（０，１〜２４　
ＭＰａゲージ圧）に、温度を１７００〜ろ５００”Ｆ（
９２５〜１９２５℃）にした容器中で炭素質スラリを部
分酸化させて製造するのに用いる新規の改善された方法
に関するものである。このようなバーナ構造の改善によ
り、炭素質スラリと酸素含有ガスをこれらのものを送出
するための改善型バーナへ導くための改良燃焼法が提供
される。

処理バーナ内には同心円的に半径方向に広がった流れが
形成される。形成された流れは、第一の速度を有する中
央の円柱状酸素含有ガス流、第二の速度を有する環状炭
素質スラリ流及び第三の速度を有する裁頭円錐状（ｆｒ
ｕｓ　ｔｏ−ｃｏｎ　１ｃａｌ　）酸素含有ガスを含む
。中央の円柱状酸素含有ガス流と環状炭素質スラリ流と
は実質的に共通の送出面（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｅｎｄ
ｓ）を有し、又戴頭円錐状酸素含有ガス流はその送出面
で中央の円筒状酸素含有ガス流及び環状炭素質スラリ流
と合流（ｌｆｆｌｆｆｉする。

中央の円柱状酸素含有ガス流と裁頭円錐状酸素含有ガス
流の速度は環状炭素質スラ’Ｊ　Ｒの速度より大きい。

二つの酸素含有ガス流は７５　ｆｔ／５ｅｃ（２３ｍ／
ｓ）から殆んど音速の速度を有し、又炭素質スラリのそ
れはｉ　ｆｔ　／　ｓｅｃ　（０，３ｍ／　ｓ　）から
５０　ｆｔ／５ｅｃ　（１５ｍ／　Ｓ　）の速度を有す
ることが望ましい。

流速がかけ離れ、裁頭円誰状酸素含有ガス流が他の二つ
の流れと合流すると炭素質スラリ流は乱されろ。この乱
れは二つの結果を招く。即ち、炭素質スラリは最初に霧
化し、この“最初に霧化した炭素質スラリと酸素含有ガ
スとの「第一番目の」均一な散乱（体）　（ｄｉｓｐｅ
ｒｓｉｏｎ）”が形成される。

第一番目の散乱Ｃ体）は加速域において加速され、最初
に霧化した炭素質スラリかさらに霧化して「第二番目の
散乱体」が形成される。加速域は前述の流れの下流点か
ら操業バーナかもの送出点まで及んでいる。流れの加速
域の断面積は、複数の気流の送出端におけるものより小
さい。高度に霧化した炭素質スラリを含む第二番目の分
散（体）はそこで加速域から反応域へ放たれる。

加速域におけろ第一番目の分散体の加速は、加速域の送
出端（出口）付近の、処理バーナの外側で測られた圧力
Ｐ２よりも大きい圧力Ｐ１を加速域の上流端付近に与え
ることによってなされる。

ＰｌとＰ２との差は望ましくｆｔ　１０〜１５００ｐｓ
ｉ（０，０７〜１０．３　ＭＰａ　）にされる。流量：
が一定とすると、流体力学にもとづき、第一番目の分散
（体）は加速域を通過するにつれて加速されよう。また
、第一番目の分散Ｃ体）の酸素含有ガスの部分は、最初
の霧化で形成された炭素質スラリ粒子群よりも迅速に加
速されよう。この速度差により炭素質スラリ粒子群はさ
らに剪断され、粒子群の霧化が促進する。加速域の形状
は円柱状とするのが望まし℃・；しかし他の形状であっ
てもよい。加速域の寸法は第一番目の分散Ｃ体）の加速
域における滞留時間てよって決められる。したがって、
少なくともある程度は、そこでさらに霧化する度合を知
ることができる。望ましく霧化することのできる加速域
の形状と寸法は、たとえば以下のことと関係がある；Ｐ
】とＰ２の差、炭素質スラリの粘度、炭素質スラリと酸
素含有カスの温度、温度調節剤の有無、及び炭素質スラ
リと酸素含有ガスの相対量。これら多くの条件について
は、加速域の形状と寸法を実験的に決定することが必要
である。本発明の改良処理バーナは、それにより炭素質
スラリと酸素含有ガスとが、時には温度調節材も反応域
に送られる容器へ取り付けられるものである。

このバーナはまた反応域にメタンのような燃料ガスも送
給する。このバーナはこれら流体のいずれをも選択的か
つ同時に取扱うことができる。

この独得な形状により、本発明の処理バーナは反応域に
炭素質スラリを高度に霧化した形態、たとえば炭素質ス
ラリの液滴の「体積平均サイズ」≠ （ｖｏｌｕｍｅ　　ｍｅ　１−＝；＝＝＝１１　＋ａｎ
　　ｄｒｏｐｌｅｔ　　５ｉｚｅ）　　値１００〜６０
０ミクロンにて送ることができる。炭素質スラリは高度
に霧化するだけではなく、それは又スラリとガスが反応
域に導かれるときに酸素含有ガス中に均一に分散する。

このような霧化と分散の均一性を保証することで、良好
できわめて均一な燃焼が反応域にて達成される。従来の
、炭素含有スラリと酸素含有ガスとの霧化又は分散が行
われにくい操業バーナでは不均一な燃焼、熱点及び、た
とえばＣやＣ０２のような望ましくないものが生成する
のを経験する。ノズルの内側で均一な分散と霧化な起さ
せることも又、本発明のＭ要な特徴の一つである。ノズ
ルの内部で分散と霧化な実質的に行わせると、−炭素質
スラリの霧化の度合を、それが反応域で燃焼する前に正
確に調整することができろ。霧化な殆んど一全部ではな
いにせよ一反応域内で行わせようとした従来のノズルで
は、鑓化を進めようとすると、霧化がある領域、即ち霧
化規準（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　５ｔａｎｄａｒｄｓ
）によって限定されない反応域に集中してしまうので、
粒子サイズを制御するのは困難であった。又、反応域に
おける霧化過程は炭素質スラリと酸素含有ガスの燃焼に
つき、経時的（ｔ　ｉｍｅ−ｗｉ　ｓ　ｃ　）にも完全
でなければならない。

本発明の処理バーナの望ましい特徴の一つは、その外側
にある反応域に燃料ガスを供給することである。この燃
料ガス流は処理バーナかも反応域に送出されるが、この
送出は下流に延びる加速域の長手軸と交差する線に沿っ
て行われる。この線に沿って行われる送出の利益の一つ
は燃料ガス炎がバーナ面から隔っていることである。と
いうのは、もし燃料ガス炎がバーナ面に近ければバーナ
が損傷することもあるからである。もし酸素含有ガスの
０２　含有量が５０パーセントのように高いと、高酸素
雰囲気下での火炎伝播速度は殆んどの燃料ガスの場合非
常に急速であるので、燃料ガスを処理バーナ内部から導
くのは決して得策とはいえない。なぜならそのようにす
るとふつう火炎がバーナに逆火してバーナをひどく損傷
するからである。

炭素質スラリを酸素含有ガス中へ均一に分散させろため
、本発明の一つの実施態様では、第一の速度で裁頭円錐
状酸素含有ガス流を生ずる構造を有する処理バーナで特
徴づけられるものとした。

さらにバーナは円柱状で第二の速度を有する炭素質スラ
リ流を与える構造になっている。円柱状の流れは裁頭円
錐状酸素含有ガス流の内面と交差するものである。交差
角は望ましくは１５’−７５°とされる。裁頭円錐流は
７５　ｆｔ／ｓｅｃ　（２５ｍ／　ｓ　）から音速とす
るのが望ましく、１〜５Ｑ　ｆｔ／　ｓｅｃ　（１５ｍ
／ｓ）　　の速度を望ましいものとする炭素質スラリの
速度より大きくなければならない。本発明の処理ノズル
により与えられる実質的に均一な分散は、円柱形炭素質
スラリ流を戴頭円錐状の酸素含有ガス流と交差させ、又
二つの流れの速度を違うものとすることによって得られ
る。本発明の操業バーナはこの理論に限られるものでは
ないが、裁頭円錐流は円柱状スラリ流を剪断し、少なく
ともその一部を霧化する。

本発明のもう一つの実施態様では、操業バーナは、中央
の円柱状酸素含有ガス流、環状スラリ流及び裁頭円錐状
酸素含有ガス流を備えた構造を有する。これらの流れは
互いに同心円的かつ放射状に配置されており、中央のガ
ス流は環状炭素質スラリ流の中におかれ、環状炭素質ス
ラリ流は裁頭円錐状酸素含有ガス流と１５〜７５°の角
度で交差するようにされる。酸素含有ガス流は７５ｆｔ
／５ｅｅ（２３１ＴＩ／Ｓ）から音速に、そして最小速
度を１ｆｔ／ｓｅｃ　（０，３ｍ／　ｓ　）とするスラ
リ流よりも大きくされろ。酸素含有ガス中の炭素質スラ
リの実質的に均一な分散は、上記流れの配置と速度差に
よって得られる。裁頭円錐状酸素含有ガス流と中央の円
柱状のそれとはいずれも環状スラリ流を剪断し、スラリ
流を分散せしめそして“最初の霧化”を起こさせる。こ
の分散と最初の霧化の後、スラリとガスの分散体は加速
域暑通過せしめられる。前記第一番目の実施態様と同様
、加速域は下流の中空円筒管にて与えられるが、この管
の長手断面においては、孔の内壁が截頭円錐管の先端に
なだらかな曲線で収束していく。本実施態様においては
、上記中空円筒管の断面積は円環状炭素質スラリ流と中
央の円柱状酸素含有流と裁頭円錐状酸素含有流の断面積
を組み合わせたものより小さい。この中空円筒管の操作
と寸法規準は前記第一番目の操業バーナに係る実施態様
のそれと同じである。

本発明の処理バーナの他の望ましい実施態様では、流体
−特に炭素質スラリーの流れを均一にするため広がった
上部断面の環状路を備え、流体の流れの大きい領域で起
こる過剰摩耗暑防止する。

本発明では、中央管と中間管との間の「環」によって形
成される環状路が備えられるが、この環状路は細長い上
部ならびに下部断面を有し、上部断面は下部断面より大
きな環状断面積な有する。この環状路上端は一流体送給
口を除いて閉じられている。そしてこの送給口は、中央
管が中間管を貫いているため長手軸から偏っている。こ
の偏りのため、環状路又は裁頭円錐路又は加速管路にお
いて、流体流量が大きく摩耗しやすい部分が出てくる可
能性がある。この過剰摩耗を防ぐため、環状路の広い上
部断面に分配室が形成される。分配室は流体送給口のそ
ばに邪魔板（ｂａｆｆｌｅ　ｐｌａｔｅ）　　又は混合
板（ｍｉｘｉｎｇ　ｐｌａｔｅ）　　を内蔵し、そして
その下部で実質的に全ての流体送給物を軸流（ａｘｉａ
ｌｆｌｏｗ）から実質的に環を取りまく放射状流（ｒａ
ｄｉａｌｆｌｏｗ）に変える。この軸流により、本発明
の処理バーナの環状路の下部断面及び他の下流部分での
流れの均一化と摩耗の減少が計られる。

本発明の最も望ましい操業バーナは、「徐々に収束して
い＜　（ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ）　
　加速管壁」及び「混合板」又は「邪魔板」を有する分
配室のいずれをも特徴とする。この操業バーナは、第一
番目の操業バーナの実施態様と同様、反応域において炭
素質スラリ／酸素含有ガスの分散が行われるように、反
応域に燃料ガスを供給する。この燃料ガスの分散は操業
バーナの外部で行われる。

本発明の操業バーナが特に有用な触媒を使用しない部分
酸化法では、耐火材で内張すした容器で与えられる反応
域にて原料ガス（ｒａｗ　ｇａｓ）　の流れが生ずる。

操業バーナは容器のバーナ口に臨時に又は恒久的に取り
付けられる。恒久的な取り付けは、容器に予熱ヒータが
付加的かつ恒久的に取り付けられるときに有用である。

この場合予熱バーナは、反応域が初期温度まで達するよ
う点火され、そして消される。予熱バーナが消された後
、本発明の操業バーナが用いられる。操業バーナの臨時
的な取り付けは、初期加熱後予熱バーナが除かれ、そし
て操業バーナで置き換えられるような時に行われる。

前述した様に、合成ガスの製造においては、燃料ガス又
は還元性ガスは、炭素質スラリの部分酸化により、ふつ
うは温度が１７００〜３５００’Ｆ（９２５〜１９２５
℃）に、圧力が１５〜５５００ｐｓｉｇ（０，１〜２４
ＭＰａゲージ圧）にされた反応域にて生成する。

典型的な部分酸イヒガス発生器はＵ、Ｓ、　ｐａｔｅｎ
ｔＡ２，８０９，１０４に記されている。製造されるガ
ス流は殆んどの場合、水素と一酸化炭素及び次のうちの
一種以上を含む：　ＣＯ２、Ｎ２０　、　Ｎ２　、　Ａ
ｒ　、　０（４。

Ｈ２Ｓ及びＣ０８０原料ガス流は、用いられろ燃料によ
り及び操作条件により、粒子状の炭素のススや片状物（
ｆｌ　ａｓｈ）　　やスラグなどを含むことがある。部
分酸化でつ（もれ、原料ガス流に引き込まれないスラグ
は容器の底に向い、連続的に除去される。

ここで用いられる「炭素質スラリ」という語は、圧送で
き（ｐｕｍｐａｂｌｅ）、ふつう４０〜８０パーセント
の固形分（ｓｏｌ　１ｄｓ）を含み、後で述べる本発明
の操作ノズルの管路を通過できるものを指すものとする
。このスラリはふつう液体担体（１ｉｑｕｉｄｃａｒｒ
ｉｅｒ）と固体炭素質燃料より成る。水は望ましい担体
である。担体として有用な液状炭水化物材料は次の材料
で実験された：液化石油ガス、石油蒸留物（ｐｅｔｒｏ
ｌｅｕｍ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅｓ）と残渣。

ガソリン、ナフサ、ケロシン、原油（ｃｒｕｄｅｐｅｔ
ｒｏｌｅｕｍ）　、アスファルト、ガス油（ｇａｓ　ｏ
ｉｌ）。

残留油（ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｉｌ）、タール、砂れき
油（ｓａｎｄｏｉｌ）　　、頁岩前（ｓｈａｌｅ　ｏｉ
ｌ）　　、石炭抽出油（ｃｏａｌ−ｄｅｒｉｖｅｄ　ｏ
ｉｌ）　、　コーＡ／ター／ｌ／　、流体の触媒分解処
理からのサイクルガス油、コークス又はガス油のフルフ
ラール抽出物（ｆｕｒｆｕｒａｌ　ｅｘｔｒａｃｔ）。

メタノール、エタノール、その他のアルコール。

オキソ及びオキシル（ｏｘｏ、ｏｘｙｌ）合成からの副
産物としての各種酸素含有液体炭化水素及びその混合物
、及びベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香性炭化
水素。他の液体担体は液体二酸化炭素である。二酸化炭
素を液体状態にしておくために、それはその時の圧力に
応じて−６７〜１００”Ｆ（５５〜３８℃）で操業バー
ナへ導入される。液体ＣＯ２を用いる場合、液体スラリ
に４０〜７０重量パーセントの固体炭素質燃料を含ませ
ると一番良いことが報告されている。

固体の炭素質燃料は通常、石炭１石炭からのコークス、
石炭からのチャー（ｃｈａｒ）　、石炭液化時の残渣１
石油コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ｃｏｋｅ）、石油
頁岩からの固形句中の粒状の炭素スス（ｃａｒｂｏｎｓ
ｏｏｔ）　、タール砂及びピッチを含む。使用し得る石
炭の種類は、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭及び褐炭が使用
できるので、ふつうは限定されない。他の固体炭素質燃
料はたとえば、生ゴミ片、脱水衛生汚物など、あるいは
アスファルト、ゴム、ゴム状材料（ゴム製自動車タイヤ
を含む）などである。

前述のとおり、本発明の操業バーナで用いられる炭素質
スラリは圧送でき、設計にもとづく操業バーナ管路を通
過可能なものである。この端において、スラリの固体炭
素質燃料組成は粉砕され、実質的に全ての材料がＡＳＴ
Ｍ　Ｅｌｌ−７０Ｃふるい設計規格１４０ｍｍ（選択Ａ
１４）を通過し、少なくとも８０％がＡＳＴＭ　Ｅｌｌ
−７０Ｃふるい設計規格４２５ｍｘ（選択／１６４０）
を通過する様にされる。ふるいの通過性は０〜４０　重
量パーセントの湿度を有する固体炭素質燃料を用いて測
定される。

本発明の操業バーナで用いられるガスは空気であっても
、酸素富化空気であってもよい。即ち２０モルパーセン
トを越える酸素を含む空気でも、実質的に純粋な酸素で
もよい。

前に述べた様に、本操業バーナでは温度調節材を用いる
こともできる。この温度調節材はふつう、炭素質スラリ
流及び／又は酸素含有ガス流に添加して用いる。適当な
温度調節材の例は水、蒸気。

ＣＯ２，Ｎ２　　及び上記した部分酸化法で生成したガ
スの循環部分である。

本操業バーナの外で発生させる燃料ガスにはメタン、エ
タン、プロパン、ブタン、合成ガス、水素及び天然ガス
などが含まれる。

（実施例） 本発明の処理バーナの高度な分散及び霧化特性、ならび
にこのバーナを満足に使用するための条件とバーナ製造
時の経済性は、本発明の望ましい実施態様に関する以下
の記述を、部品毎に数字を付した添付図面と照合するこ
とによりさらによく理解できよう。

第１図は本発明の処理バーナの縦断面図である。

第２図は第１図の線２−２に沿った断面図である。

第６図は環状路における分配室の部分断面図である。

第４図は第３図に示した分配室の線４−４に沿った断面
図である。

第５図は第３図に示した分配室を底部から見た図である
。

第１．２図において、数字１０により大体示される本発
明の処理バーナが見られる。処理バーナ１０は、部分酸
化合成ガス反応器において用いられる、下流側に貫通し
た下流端を備えている。処理バーナ１０の位置は、反応
器の頂部又は側部と丁べきであるが、それは反応器の形
状次第である。

処理バーナ１０は恒久的に又は−時的に設置される。そ
れは恒久的に取り付けられた予備バーナと共に用いるか
、予備バーナと交換して用いるかＫよろが、それについ
ては全て前述のとおりである。

処理バーナ１０の取り付けは環状フランジ４８による。

処理バーナ１０は中央に置かれた管２２を有するが、そ
れは上端が板２１で閉じられ、下端には先細りの截頭円
錐壁２６を有する。截頭円錐壁２６の先端には、加速域
乙６と流体の通り抜けのできる開口３５がある。加速域
′５３の下端は開口３０で終わる。図面に示された態様
において、加速域３３は中空の円筒形の領域であり、そ
の側壁は截頭円錐壁２６の頂部から真直ぐな円筒断面へ
と徐々に曲っていく。

炭素質スラリの供給管１４が板２１の開口部を、ガスも
れなきよう貫通している。この供給管１４はその最下端
で、分配器１６の上端を塞ぐ円板１７にあけられた口と
つながっている。分配器１６は収束性の戴頭円錐状下部
壁１９を有する。この壁１９の先端は環状スラリ管路２
５として、下方にぶら下っている管２８を構成する。管
２８の内径は分配器１６のそれよりもかなり小さい。分
配器１６を用いると、管路２５の下端における開口から
の炭素質スラリの流れは、その環状流のいたるところで
実質的に均等になるのが判明した。分配５１６と管２８
の内径は、圧力降下−それは炭素質スラリが管２８の内
壁と管２３の外壁とで限定される環状管路２５を通過す
るときにこうむる−が、分配器１６り内側のどの環状の
水平断面において測られるスラリの最高圧力と最低圧力
の差よりも大きくなるように決められる。分配器１６は
又、スラリ供給管１４の流体流入口１４ａの下に角度を
付して設けられた混合板１６ａを有する。

板１６ａは、スラリ供給物のかなりの量の軸流を分配器
１６の中でだいたい放射状の（半径方向）の流れに変え
ることのできるものである。もしこの圧力と流れの関係
が保たれないと、環状管路２５かも不均一な環状流が生
ずることになり、後述するように、炭素質スラリが戴頭
円錐状酸素含有ガス流と接触するときの分散効率の低下
を招く。

環状管路２５の内径と外径との差は少なくともスラリ中
の炭素質材料の細かさである程度法ってくる。環状管路
２５の内外径差は、使用されるスラリ中の粒状炭素質材
料で管路が詰まらないように、十分大きくする必要があ
る。この管路２５の内匝と外径の差は、多くの場合０．
１〜１．０インチ（２，５４〜２５．４　ｍＮ）とすべ
きである。

分配器１６と下方にぶら下った管２８の長手軸と、全長
にわたって実質的に均一な直径を有する管２６とは共軸
関係にある。管２ろは酸素含有ガスを通過させるために
管路２７を備え、その上流側と下流側の端は開いている
。そしてこの下流側開口と管２８の下流端開口とは実質
的に共通面にある。

酸素含有ガスは供給管２４を通じて処理バーナ１０へ送
られる。酸素含有ガスの一部は管２３の開口端から入り
管路２７を通過する。このガスの残りは管２２の内壁と
管２８の外壁で限定される環状管路５１を通じて流れる
。加速管６５の摩滅（ｅｒｏｄｉｎｇ）　を防ぐべくス
ラリ供給を減らすには、酸素含有ガスの７０〜９５重量
パーセントを管路６１に流すべきであることが判明した
。こうするには、各管路のサイズを適当なものとしても
よ（・し、管２３への流体流入口中に制限リング２３ａ
を設けてもよい。管路５１を通過するガスは、戴頭円錐
面２６と同２Ｄによって限定される双頭円錐管路をガス
が通過するのを強制されろときに加速されることになる
。戴頭円錐面２０と２６の間隙は、炭素質スラリが−そ
のための管路２５から流出して効果的に分散するのに必
要な酸素含有ガス速度を与えるようなものとすればよい
。たとえば、酸素含有ガスが管路２７を計算速度２００
　ｆｔ／５ｅｃ（６０ｍ／ｓ）で通過し、炭素質スラリ
が管路２５を８ｆｔ／　ｓｅｃ　（２，５ｍ／　Ｓ　）
　　を通過し、そして内外径差が０、′５インチ（７，
６２ｘｍ）であるときに酸素含有ガスは双頭円錐管路を
計算速度２００　ｆｔ／５ｅｃ　（６０ｍ／ｓ）で通過
することが判明した。

概論すれば、これから議論しようとする流れのためには
、二つの双頭円錐面間の距離は０．０５〜０．９５イン
チ（１，２７〜２４．１３朋）とする。この流れと相対
速度について言えば、加速域５ろの高さと径はそれぞれ
フインチ（１７８ｍｍ）及び１．４インチ（３５，６朋
）にする。戴頭円錐面２６は管２８の延長軸に沿って１
５〜７５°の角度で収束する。もし角度が小さすぎると
、たとえば１０°だと、酸素含有ガスはその面に衝撃を
与えるエネルギーの多くを消費する。しかし、もしこの
角度が大きすぎると、剪断がなされにくい。

管２２には管状水筒３２が同心的に設けられている。水
筒５２はその最上端が円板５８で閉じられている。水筒
６２の下端には円板４２があるが、それは水路４３を設
けた状態で内側に延びている。

管２２の外壁と水筒３２の内壁の間にある円環状空間６
９には、３本の燃料管路５６．４０．４１が配置されて
いる。燃料ガス管路３．！Ｓ、４０．４１はそれぞれ管
３６ａ、４０ａ、４１ａにより設けられる。管５６ａと
４０ａは第１図かられかるように、フランジ４２にあけ
られた孔を貫いている。第１図にはあられれていないが
、管４１ａもフランジ４２の孔を貫いている。燃料ガス
は管４ｏａと５６ａ芦通じて、それぞれ供給管５２と５
ｏを経て送られる。管４１ａのための供給管は示されて
いたいが、他の管に用いるものと同様のものである。

又、第１図に示されている様に、燃料ガス管路４０と６
６（同４１についても同様）は、管２８の延長長手軸と
ある角度をなしている。これら管路はこの軸に対して同
角度かつ同距離で放射状に置かれている。このような角
度と配置にすると、燃料ガスが開口−３０を通った後の
炭素質スラリ／酸素含有ガス分散（体）中へ均一に方向
づけられるので都合がよい。燃料ガス用管路の角度は、
燃料ガスがバーナ面から十分離れるように、しかも燃料
ガスの炭素質スラリ／酸素含有ガス流中への迅速な混合
又は分散が妨げられない範囲で導かれるようなものでな
ければならない。ふつうこの角度ａ１．ａ２は第１図に
みられるように、３０〜７００の範囲にしなければなら
ない。

バーナ胴４４は同心状に置かれ、水筒５２の外壁の外側
に半径方向にずらして設けられる。バーナ胴４４を円周
状に外側にずらして設けることで環状水路が形成される
。バーナ胴４４の上端には排水管５６が設けられる。第
１図で見られるように水は水道給管５４を通って流入し
、水通路４３へ向ってそこを通過し、環状水路４５を通
り、そして排水管５６へ流れる。このような水の流れに
より、処理バーナ１０を望ましく実質的に一定温度に保
つことができる。

バーナ胴４４はその上端で円環状フランジ６０により水
密状態で閉じられている。バーナ胴４４の下端はバーナ
面４６で終っている。

操作に際し、処理バーナ１０は、予熱期におい−Ｃ温！
！１１１５００〜２５０００Ｆ（８１５〜１３７０℃）
にされる反応域と同一線上に並べられる。処理バーナ１
０を通じて反応域へ導かれる各供給物の流れと任意の温
度調節材の相対比は注意深く調節される。

そして炭素質スラリ中の実質的に炭素である部分と燃料
ガスは製品ガスに望まれるＣＯとＨ２組成にされ、反応
域の温度は適当なものにされる。

供給物の流れが処理バーナ１０から放出された後、それ
が反応器に留まる時間は１〜１０秒にされる。

酸素含有ガスは、その０２含有量に応じた温度で処理バ
ーナ１０へ送給される。空気の場合、温度は室温〜１２
００°Ｆ（６５０℃）に、純０２の場合は室温〜８００
″″Ｆ２（４２５℃）にされる。酸素含有ガスは、ろＯ
−３５００−３５００ｐｓｉ、８〜２４ＭＰａゲージ圧
）で送給される。炭素質スラリは、室温から液体担体（
ｌｉｑｕｉｄ　ｃａｒｒｉｅｒ）の飽和温度、及びろ０
〜３５００ｐｓｉｇ（０，２−〜２４ＭＰａゲージ圧）
の圧力で送給される。反応域の温度を望ましい範囲にす
るための燃料ガスは、望ましくはメタンであり、それは
室温〜１２００°Ｆ（６５０℃）及び乙Ｏ〜ろ５００ｐ
ｓｉｇ（０，２〜２４ＭＰａゲージ圧）で送給される。

定量的には、炭素質スラリ、燃料ガス及び酸素含有ガス
は自由酸素の炭素に対する比が０．９〜２．２７の範囲
になる様な量で送給される。

炭素質スラリは送給管１４を通じて分配器１６の内側へ
望ましい流量０．１〜２０　ｆｔ／５ｅｃ（０，１：Ｄ
〜６ｍ／　ｓｅｃ　）で送給される。炭素質スラリ用管
路２５の直径が小さいので、このスラリの速度は１〜５
　Ｑ　ｆｔ／　ｓｅｃ　（０，３〜１５ｍ／ｓ）の範囲
に増すことＫなる。

酸素含有ガスは送給管２４を通じて送給され二つの流れ
になる。一つはガス管路２７を通り、他は戴頭円錐流と
なって管路２９を通過する。酸素含有ガス流は異った速
度とすることができる。たとえばガス管路２７を通るも
のは２００　ｆｔ／５ｅｃ　（６ｍ／ｓ）　　に、截頭
円錐管路２９を通るものは釦Ｏｆｔ／ｓｅｃ（９０ｍ／
ｓ）にすることができる。前述した様に、円環状炭素質
流は炭素質スラリ用管路２５を出て行き、丁度管２Ｂと
管２３の最下端の直下で酸素含有ガスの戴頭円錐流と交
わる。環状炭素質スラリ流が截頭円錐酸素含有ガス流と
管路２７から中央に送給される酸素含有ガス流とで剪断
されることにより、酸素含有ガス中に炭素質スラリか均
一に分散されることになる。得られた分散Ｃ体）はそこ
で加速域５６を通過せしめられるが、この加速域は、酸
素含有ガスを十分な速度に加速し、炭素質スラリを体積
平均粒子サイズ１００〜６００ミクロンに霧化する様に
大きさと形状が定められる。

バーナノズル１０が最初操業状態に入ったときには燃料
ガスの送給速度は炭素質スラリのそれを上まわる。炭素
質スラリの送給が増重につれ、しかし燃料ガスの送給速
度は減少する。この燃料ガスの送給から炭素質スラリの
送給への同時かつゆるやかな転換は前者が完全に停止す
るまで続けられる。もし反応域の乱れが起ったなら、炭
素質スラリの送給は減らさなければならない。そして、
燃料ガスの送給を、反応域の温度が望ましい範囲になる
ようにしなければならない。

第３〜５図を見るに、混合板１６ａについてさらに描か
れている。示されているように、混合板１６ａは円板１
７から４５°の角度で下方へ延びている。望ましくはそ
れは管２３を取り巻いて回転角９０°で延びるようにさ
れるが、この角度は７５〜１１５°の範囲とすればよい
。スラリか確実に軸流になる様にするには、スラリか混
合板１６ａから逃げるのを防ぐため邪魔板１６ｂを設け
てもよ℃ゝ０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理バーナの縦断面図である。 第２図は第１図の線２−２に沿った断面図である。 第６図は環状通路における分配室の部分断面図である。 第４図は第６図に示した分配室の線４−４に沿った断面
図である。 第５図は第５図に示した分配室を底部から見た図である
。 図面中の番号の説Ｆ３Ａ： １０、処理バーナ　　　　１４　スラリ送給管１４ａ°
流体流入口　　　　１６　分配器１６ａ、混合板　　１
６ｂ邪魔板 １７、円板　　　　　　１９　裁頭円錐状下部壁２０”
截頭円錐面（壁）　２２．酸素含有ガス側管２３°酸素
含有ガス用管　２３ａ　制限リング２４：酸素含有ガス
送給管２５　環状スラリ用管路２６　截頭円錐面（壁）
　２７　ｍ未含有ガス用管路２８　スラリ用管　　　　
２９　截頭円錐面ジ０°開口　　　３２水筒 只°加速域　　３５加速管 ３６．４０，４１　：燃料ガス用管路 ５６ａ　、　４０ａ　：燃料ガス用管 ろ９，４５：水路　　　　４２：フランジ４４：バーナ
胴　　　　４８：環状フランジ５０．５２：燃料ガス送
給管 ５４：冷却水送給管　　　５６：冷却水排水管５８．６
０：水筒の環状蓋 （’−） 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書 手続補正書 平成元年７月４日 平成１年特許願第１２６５５１号 ２、発明の名称 圧力反応器に使用する方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　（７２３）ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー
４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁１１２番］号平成
１年特許願第１２６５５１号 ２、発明の名称 圧力反応器に使用する方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　（７２３）ザ・ダウ・ケミカル・カンパニ４、
代理人 ５、袖ｉＥの対象 クイブ印書により浄書した明細書 適正な図面 ５、補正の対象 （別紙） １、特許、ｌＩ′ｉ求の範囲を次のように訂正する。 「１．以下のａ）〜ｂ）を含む処理バーナ：ａ）　　１
１１口放出端を有し、その放出端の上流で流体送給口を
有するのを除いて、その上流側で閉じられている円筒状
通路を定める中央管；ｂ）上記中央管と共軸で、この中
央管の長さの少なくとも１部を取り囲み、もって中央通
路と同心の環状通路を定める中間管、ここにこの環状通
路は開口放出端と、流体送給口を除いて閉じられた上流
端とを有し、環状通路の放出端は中央通路の放出端と実
質的に同じ面にあるものとする；Ｃ）　上記中間管と共
軸で、この中間管の長さの少なくとも１部を取り囲み、
もって裁頭円錐状通路を定める裁頭円錐状管、ここにこ
の裁頭円錐状通路は中火通路と流体で連絡し合い、そし
て中火及び環状通路の放出端の下流の一点に向けて収束
するものとする；及び ｄ）共軸の加速通路を定める加速管、ここにこの加速通
路は、中央、中間及び裁頭円錐状の各通路と共軸で、流
体と連絡し合い、そしてこれら各通路の下流に位置し、
裁頭円錐状通路の頂部と結合しており、またこの加速通
路は中央、中間及び裁頭円錐状管の放出端においてそれ
らの流路断面積の和より小さい断面積を有するものとす
る、これら中央管、中間管及び裁頭円錐状管を有し、そ
して使用時に、中央及び裁頭円錐状通路を通過する流体
のうちの７０〜９５重量パーセントがａ１７ｉＩ円錐状
通路を通過することを特徴とする処理バーナ。 ２、加速管が、円筒状の孔に滑らかな曲線で収束する長
手方向の切断面を有する、請求項１に記載のバーナ。 ３、加速管がタングステンカーバイド、シリコンカーバ
イド及びボロンカーバイドより選ばれた１種類の材料で
つくられる、請求項１又は２に記載のバーナ。 ４、加速管の滑らかな曲線が裁頭円錐状通過の放出端と
正接する、請求項２又は３に記載のバーナ。 ５、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のバーナ
であって、 環状通路の上流端がその放出端より十分大きな断面積を
有するようにし、もって分配室を形成することで流体送
給の圧力を均一にするとともにこの流体送給が流体流の
大きい頚域を有しない上記Ｊ１状通路の、相対的により
小さい下流端へ入っていくようにされ、ここに上記分配
室は、流体送給（−１の近傍かつ下部に、流入する流体
送給に対し概してこの流体送給の軸流が実質的に半径方
向の流れに変換されるような角度で取り付けられた混合
板を有しており、もって流体の送給の火さな頒域ができ
ないよう１こされる、首記バーナ。 〔ｉ、混合板が環状通路の長手軸から４５°に置かれた
、請求項５に記載のバーナ。 ７、）１Ｘ、会釈が中火管と中間管との間の環状通路に
置かれ、そして下方に９０°の回転角で延びる、１ｉ１
７求項５又は６に記載のバーナ。 ８、バーナの放出面に設けられた開口と流体で連絡し合
う少なくとも一本のガス管を有する、請求項１〜７のう
ちのいずれが一項に記載のバーナ。 ９、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載のバーナ
を嵌着した容器中で、水素と一酸化炭素を含むガスを炭
素質スラリーのｇ分酸化によって製造する方法であって
、スラリーが上記バーナの環状通路を通じて送給され、
酸素含有ガスが上記バーナの中央及び゛哉頭円錐状通路
を通して送給される上記方法。」 （２）明細８中の下記の箇所に「スラリ」とあるをすべ
て「スラリー」に訂正［る。 真打 ４　　１６及び２０ ６　　７及び９ ７　　２〜３．９（２ケ所）、１２〜１３及び１４８　
　　５．１７．１８及び１９ ９　　１　、８　、９及び１９〜２０ １０　　５．８．１−８，１７及び２０１１　４〜５，
８，１０，１１．１４及び１９１２　　１０．１２及び
２０ １３　　　２．５〜６．１２，１３．１５〜１６及び１
６〜１７１３頁２０行〜１４１Ａ１行 ７及び１５ １４及び１！〕 ４〜５，７ｉ　１，１４＋１７〜１８及び１８２．３，
６．６〜７，８．１４及び２０３及び１７ １及び１７ １３及び１８ ２．５，８，１０，１２．１７及び２０１〜２及び１８ ７及び１１ ７及び１１ ５．１２．ｉ　５，１　？及び１８ ８．１１．１３及び１７ １．２，４．６〜７，１５及び１６ １６及び１８ 手続補正書

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下のａ）〜ｄ）を備える処理バーナ： ａ）開口放出端を有し、その放出端の上流で流体送給口
   を有するのを例外として、その上流側で閉じられている
   円柱状通路を限定する中央管； ｂ）上記中央管と共軸で、この中央管の少なくとも長手
   部分を取り囲み、もって中央通路と同心の環状通路を限
   定する中間管、ここにこの環状通路は開口放出端と、流
   体送給口を除いて閉じられた上流端とを有し、環状通路
   の放出端は中央通路の放出端と実質的に同じ面にあるも
   のとする； ｃ）上記中間管と共軸で、この中間管の少なくとも長手
   部分を取り囲み、もって裁頭円錐状通路を限定する裁頭
   円錐状管、ここにこの裁頭円錐状通路は中央通路と流体
   で連絡し合い、そして中央及び環状通路の放出端の下流
   点に向けて収束するものとする；及び ｄ）共軸の加速通路を限定する加速管、ここにこの加速
   通路は、中央、中間及び裁頭円錐状の各通路と共軸で、
   流体と連絡し合い、そしてこれら各通路の下流に位置し
   、裁頭円錐状通路の頂部と結合しており、またこの加速
   通路は中央、中間及び裁頭円錐状管の放出端においてそ
   れらの流路断面積の和より小さい断面積を有するものと
   する、これら中央管、中間管及び裁頭円錐状管を有し、
   そして使用時に、中央及び裁頭円錐状通路を通過する流
   体のうちの７０〜９５重量パーセントが裁頭円錐状通路
   を通過することを特徴とする処理バーナ。 ２、加速管が、円筒状の孔に滑らかな曲線で収束する長
   手方向の切断面を有する、請求項１に記載のバーナ。 ３、加速管がタングステンカーバイド、シリコンカーバ
   イド及びボロンカーバイドより選ばれた１種類の材料で
   つくられる、請求項１又は２に記載のバーナ。 ４、加速管の滑らかな曲線が裁頭円錐状通路の放出端と
   正接する、請求項２又は３に記載のバーナ。 ５、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のバーナ
   であって、 環状通路の上流端がその放出端より十分大きな断面積を
   有するようにし、もって分配室を形成することで流体送
   給の圧力を均一にするとともにこの流体送給が流体流の
   大きい領域を有しない上記環状通路の、相対的により小
   さい下流端へ入っていくようにされ、ここに上記分配室
   は、流体送給口の近傍かつ下部に、流入する流体送給に
   対し概してこの流体送給の軸流が実質的に半径方向の流
   れに変換されるような角度で取り付けられた混合板を有
   しており、もって流体の送給の大きな領域ができないよ
   うにされる、首記バーナ。 ６、混合板が環状通路の長手軸から４５゜に置かれた、
   請求項５に記載のバーナ。 ７、混合板が中央管と中間管との間の環状通路に置かれ
   、そして下方に９０゜の回転角で延びる、請求項５又は
   ６に記載のバーナ。 ８、バーナの放出面に設けられた開口と流体で連絡し合
   う少なくとも一本のガス管を有する、請求項１〜７のう
   ちのいずれか一項に記載のバーナ。 ９、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載のバーナ
   を嵌着した容器中で、水素と一酸化炭素を含むガスを炭
   素質スラリの部分酸化によって製造する方法であって、
   スラリが上記バーナの環状通路を通じて送給され、酸素
   含有ガスが上記バーナの中央及び裁頭円錐状通路を通じ
   て送給される首記バーナ。