JPH0415839B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 西ドイツ国特許公開公報第2309821号に、炭化
水素ないしは含炭素固体燃料の液体炭化水素中の
懸濁液の部分酸化によつて合成ガスを製造するた
めの方法及びバーナーが記述されている。同バー
ナーは中央に位置する１個の管状供給管及び同管
に連結し、それと同軸配備されている２個の管状
供給管から構成される。

方法実施のためには、中央供給管から酸素を、
又同中央供給管を同軸的に包囲する中間供給管か
らは炭化水素又は含炭素固体燃料の炭化水素中の
懸濁液を供給して反応させる。

外側の同軸供給管からは温度調節用のガスが供
給される。温度調節ガスとしては、合成ガス生成
の際に吸熱反応をするガス又はガス混合物が使用
される。小滴状の水又は水蒸気、不活性ガス例え
ば窒素及び二酸化炭素が推められる。

温度調節ガスとしては水蒸気及び二酸化炭素が
有利である。それというのも不活性ガスは反応生
成物を稀釈するにすぎないという欠点をもつから
である。温度調節ガスの役割は、反応温度に影響
を及ぼすこと及び、生成した合成ガスが部分酸化
域に帰還混合するのを阻止することである。

上記の方法の欠点は、石炭−水−懸濁液が所望
の率で合成ガスに変換しないことである。外側不
活性ガス流を使用する場合には、温度調節は達成
されるが、同時に反応が妨げられ、未反応石炭ガ
ス流中に含まれる。

本発明方法は上記の欠点を克服する。本発明方
法においては、含炭素粒子の水性懸濁液と酸素と
を別々に反応域に供給し、高められた圧力及び
1000〜1600℃の温度において上記粒子の部分酸化
を行うことにより合成ガスを製造する。該方法
は、中心部で供給されるガス流を、その囲りを同
軸的に供給される石炭−水−懸濁液で包囲し、又
更に酸素を含有する外側ガス流を同懸濁液流の囲
りを同軸的に導いて反応域に供給し、かつガス化
工程の間、石炭−水−懸濁液の量及び外側ガス流
の量を、両流の流出口の拡大又は縮小によつて連
続的に、かつ相互に独立に増大又は減少すること
を特徴とする。

酸素の全需要量の１〜20重量％を内側ガス流に
よつて反応室に供給し、残りの酸素量を外側ガス
流によつて供給するのが有利であることが判明し
た。

本発明方法のある特別な実施形式においては、
全酸素需要量に対して全体で20％のガスを有する
内側ガス流が、全酸素需要量に対して１〜19重量
％の合成ガスを含有する。残りのガス量は酸素で
ある。

中間部の物質流を形成する石炭−水−懸濁液
は、10〜200バールの圧力下にある反応器に１〜
25m／sec.の速度で供給される。一般には、石炭
−水−懸濁液を５〜15m／sec.で反応域に供給
し、内側及び外側ガス流は50〜300m／sec.有利
には80〜200m／sec.の速度で反応域に供給する
のが有利である。両ガス流と石炭−水−懸濁液と
を分離してではあるが、同時に供給する３個の同
軸導管は、反応域に向う端部に円錐テーパーを有
する。各円錐テーパーの内面の接線的延長線が中
心軸と交る交点は、仮定上の円錐の頂点である。
円錐の勾配が小さければ小さい程、管内面の接線
と中心軸とが形成する角度は小さい。それに応じ
て円錐は鋭くなる。円錐勾配が大きければ大きい
程、内面の接線と中心軸とが形成する角度は大き
い。

内側ガス流の円錐テーパーは、中心軸に対して
比較的小さい角度、0゜〜15゜で傾斜し、同内側ガ
ス流を包囲する石炭−水−懸濁液流は中心軸に対
し5゜〜40゜で傾斜し、更に外側ガス流は中心軸に
対し10゜〜85゜の角度で傾斜するのが有利である。

円錐テーパーを相当して組合せることにより、
石炭−水−懸濁液の流れ方向が内側ガス流の流れ
方向と5゜〜30゜の角度を形成し、又外側ガス流の
流れ方向が石炭−水−懸濁液の流れ方向と5゜〜
50゜の角度を形成することが出来る。

それにより懸濁液流が円錐テーパーの端部近く
で、内側ガス流によつて圧し分けられ、流れをく
ずされる。その結果懸濁液流は水平方向に変向
し、自由落下で反応域を通過しない。従つて各石
炭−水−小滴の平均滞留時間が高まり、反応率が
改善される。

同時に外側ガス流も、内側ガス流によつて拡げ
られた懸濁液流に衝突し、ガスと懸濁液との付加
的な混合をもたらす。それによりガスないし酸素
と微小懸濁液滴とが均一に分配した域が生じる。
これは懸濁液の出来るだけ高い反応率を得るため
の本質的な前提条件である。石炭−水−懸濁液の
流入速度とガス流の流入速度を異ならせることに
より、反応率上昇が更に強められる。又内側ガス
流を外側ガス流よりも高に速度で反応域に供給す
ることも、又その逆も可能である。

一般にガス流の流入速度は、石炭−水−懸濁液
のそれよりも著しく高い。

実証実験が示す様に、円錐テーパーの端部であ
るバーナー口の直後では、短い柄のついたチユー
リツプの形の域が生じる。第１図及び第２図にお
いて、それが線１０により示されている。同線は
各小滴の進路を示す。

商業的な理由から、需要者例えば化学生産工場
或は発電所と連結して作業を行う近代式石炭ガス
化工場では、需要者のその都度の需要に合せなけ
ればならない問題が必然的に生じる。これは例え
ば、発電の際の最大需要量をみたすために、石炭
ガス化工場内で処理量をしばしば速やかに変化し
なければならないことを意味する。従つて、石炭
−水−懸濁液及びガスないし酸素の使用量を、そ
の都度の多−又は少需要量に連続的に合せる手段
が必要である。しかし同時に、例えば相当した大
きさのバーナーを使用する理由で、石炭ガス化装
置を一時的にでも休動することは避けなければな
らない。短時間の休動だけでも反応器が許容限度
以上に冷却し、そのためガス化工程を最初からは
じめなければならない問題が起る。それというの
も反応器壁は、水と石炭との反応を開始するため
に十分熱くなければならないからである。

この問題は本発明により、石炭−水−懸濁液と
外側ガス流の自由流出口を連続的に拡大ないし縮
小する手段により解決される。

内側管との間に形成される環形空間を通して石
炭−水−懸濁液を導く中間部の管は、内側管と固
定連結していない。内側管は中心軸の方向に、中
間管に対して変位することが出来る。

中間管も同様に、内側管の調整に無関係に、固
定設置の外側管に対して連続的に変位することが
出来る。

中間管が流出口の方向に動くと、外側管の内面
と中間管の外面との間の環形間隙が一様に狭くな
りはじめる。この環形間隙の大きさは外側ガス流
の量を左右し、環形間隙の縮小はガス流量の減少
を、又環形間隙の拡大はガス流量の上昇を惹起す
るから、ガスス化工程を中断することなく、実際
の作業の必要性に合せることが可能である。

上記の外側環形間隙の変化に無関係に、石炭−
水−懸濁液が通過する環形間隙に対しても同じこ
とが言える。内側管を中心軸に平行に、流出口の
方向に動かすと、中間管の内面と内側管の外面と
の間で形成される環形間隙が縮小する。内側管を
後に引くと、自由環形間隙が拡大し、石炭−水−
懸濁液の流量が増す。

内側管のガス流量の調整は、ガス圧を上昇又は
低下することにより行うことが出来る。ガス圧を
増すと、ガス化工程中の圧力が一定の場合、内側
ガス流量が上昇し、ガス圧を下げるとガス流量が
減少する。

上記の方法で、ガス化工程を合成ガス需要者の
その都度の需要に、作業を中断することなく、広
範囲内で適合させることが可能である。

本発明方法を実施するための装置を第１図及び
第２図に示す。同図面を参照して本発明方法を詳
述する。

圧力下にある３個の物質流の供給は、３個の同
軸配置の管により行う。外側管１は、純酸素又は
含酸素ガス混合物からなる外側物質流の供給用で
ある。同外側管１中に中間管２が挿入されてお
り、その外面は外側ガス流の内側境界を形成す
る。中間管２は石炭−水−懸濁液の供給用であ
る。内側ガス流供給用の内側管３は、中間管２中
に挿入されている。

外側ガス流の挿入は、外側管に取付けられてい
るフランジ付き接続管４を経て行われる。石炭−
水−懸濁液はフランジ付き接続管５を経て中間管
２に供給され、内側ガス流は接続管を備えた流入
口６を経て内側管３に供給される。

外側管１は円錐テーパー７を有する。中間管２
の端部には円錐テーパー８が形成され、内側管３
の端部にも円錐テーパー９が形成されている。円
錐テーパー７，８，９の形状及び配置はバーナー
の型を表わす。テーパーの角度及び３個のノズル
端部の間隔が、３個の物質流相互の角度を決定
し、反応域１０の内部の燃焼過程の進行に影響を
及ぼす。

その他、３個の物質流の量及び３個の供給路へ
のその分配並びに物質流相互の相対速度が反応進
行に影響する。

バーナーノズルである円錐テーパー７，８，９
は、反応域に近いために高温に曝されるばかりで
なく、摩耗作用を受ける度合も大きいから、耐熱
性及び耐摩耗性材料から製造される。更に円錐テ
ーパーを補強構造にするのがよい。これは例え
ば、補強すべき面上に上記の耐摩耗性材料を設け
て、壁厚を大きくすることにより行われる。

バーナー先端の熱負荷を減少するためには、外
側管１に取付けられているフランジ１２を通して
冷却剤例えば水又は水蒸気を導く導管１１を外側
管１に装備する。フランジ１２は、反応器１３に
バーナーを機械的に固定する役目をもつ。導管１
１は外側管１の周囲を囲繞し、円錐テーパー７中
にある冷却路１４に連結する。冷却路１４には導
管１１の別の部分−冷却剤導出用−も連結し、こ
れも同様に外側管を囲繞し、フランジ１２から出
る。

外側管１は接続管４の上方に、固定保持リング
１６を備えた補強部材１５を有する。保持リング
１６は回転可能なねじ付ナツト１７を保持し、同
ねじ付ナツト１７はウオームホイール１８と連結
する。ウオームホイール１８は、ウオーム軸２０
への鎖伝動装置を有するサーボモーター１９によ
り駆動される。動力はサーボモーター１９から鎖
伝動装置を介してウオーム軸２０に伝動され、同
軸からウオームホイール１８に伝えられる。

その方法で−本発明方法の実施の間でも−中間
管２を、同管と連結しているナツト１７の対向ね
じ山部を通して外側管１に対し軸方向に変位する
ことが可能である。外側管１に対して中間管２を
後に引くと、円錐テーパー７及び８により形成さ
れるノズル口が拡がる。拡大したノズル口によ
り、物質流の流量を高めることが可能である。

逆に、外側管１に対して中間管２を前方に変位
すると、円錐テーパーにより形成されるノズル口
が縮小する。ノズル口の縮小により、物質流の流
量を相当して減少することが可能である。

補強部材１５は１個以上の内腔２１及び２２を
有する。内腔２２は検査用の内腔で、装置の気密
性をチエツクする。内腔２１は封止室（図示せ
ず）への連結部である。封止室の機能は、過圧下
にある純酸素又は酸素混合物の流出を防ぐことで
ある。

更に補強部材１５の下端に冷却装置が設けられ
ている。同装置は冷却路２３及び冷却剤用の供給
管２４並びに排出管２５から構成される。

中間管２は、補強部材１５の高さの位置に充実
構造の拡大部を有する。同拡大部は外側管１の自
由断面を完全に閉鎖する。同拡大部の外側には、
パツキンリングを入れるための複数個の溝２６が
ある。

内側管３は、固定保持リング３１及び上記と同
様の動力伝達機構により中間管２に対して変位す
ることが出来る。動力はサーボモーター２７から
鎖伝動装置を介してウオーム軸２８に伝えられ、
同軸と連結しているウオームホイール２９及びね
じ付ナツト３０を駆動する。拡大部３２はフラン
ジ１５に相当するが、中間管並びに内側管の寸法
に合せた大きさを有する。

中間管２に対して内側管３を変位すると、円錐
テーパー８及び９により形成されるノズル口の断
面が変化する。内側管３の前方ないし後方への変
位により、流量を調節出来る他に、反応混合物の
噴霧及び反応率にも影響が及ぼされる。

上記の方法でバーナー装置を連続作業で、その
都度の要求に合せることが可能である。例えば連
結されている発電所のガスタービンが標準負荷の
みで操作されているために、合成ガスの消費量が
低い場合には、中間管２と内側管３とを適当に前
方に変位する。それに対して、高い合成ガス生産
量が所望される場合には、両管２及び３を後に引
くことにより、環形間隙を大きくし、物質流量を
広い限度内で高めることが出来る。その様に需要
者の操業条件に自由に適合出来ることは、特に発
電所の操業と石炭ガス化とを組合せる方法にとつ
て重要である。それというのも、ガス生産作業を
中断することなく、発電所のその都度のガス需要
量をみたし得るからである。本発明装置により常
に、連続作業のその都度の要求に合せることが出
来る。

本発明方法及び装置の更に別の利点は、石炭ガ
ス化装置を始動出来ることである。この始動の間
に、最初冷温の反応器壁が1000〜1500℃の温度に
加熱される。次いで石炭と水との反応による合成
ガスの製造−石炭ガス化−を行う。反応器壁が高
温になつてはじめて、吸熱反応の合成ガス生産を
実施出来る。

反応器壁の加熱のためには、石炭−水−懸濁液
の代りに、例えば軽油、ベンジン又は水素ガスを
酸素と反応させる。その場合に生じた熱により反
応器壁が加熱される。引続いて、例えば石炭−水
−懸濁液をガス化するための本発明方法を行う。

従来は、反応器壁を別個のバーナーを用い、別
個の工程で加熱し、必要な壁温度が達成されたら
直ぐに同バーナーを取外さなければならなかつ
た。本発明方法では、その種の面到な作業は不要
である。従来行われていた、装置加熱のためのバ
ーナーと石炭−水−混合物のガス化用のバーナー
との交換は必要でない。それによつて、時間が節
約される他に、交換のための費用も節約される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置のある実施形式の断面図、
第２図は第１図による装置の流出口部分の拡大図
である。 １…外側管、２…中間管、３…内側管、４，５
…接続管、６…内側ガス流用流入口、７，８，９
…円錐テーパー、１０…反応域内の各小滴の進路
を示す線、１１…冷却剤用導管、１２…フラン
ジ、１３…反応器、１４，２３…冷却路、１５…
補強部材、１６，３１…保持リング、１７，３０
…ねじ付ナツト、１８，２９…ウオームホイー
ル、１９，２７…サーボモーター、２１，２２…
内腔、２６…溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水中に懸濁する含炭素粒子と酸素とを別々に
   反応域に供給し、高めた圧力及び1000〜1600℃の
   温度で部分酸化反応を行うことによつて合成ガス
   を製造するに当り、中心部で供給される酸素を含
   有するガス流を、その囲りを同軸的に供給される
   石炭−水−懸濁液で包囲し、又更に酸素を含有す
   る外側ガス流を同懸濁液流の囲りを同軸的に導い
   て反応域に供給し、かつガス化工程の間、石炭−
   水−懸濁液の量及び外側ガス流の量を、両流の流
   出口の拡大又は縮小によつて連続的に、かつ相互
   に独立に増大又は減少することを特徴とする、石
   炭−水−懸濁液の部分酸化による合成ガスの製
   法。 ２ 内側ガス流が全酸素需要量の１〜20重量％を
   含有し、又外側ガス流が全酸素需要量の99〜80重
   量％を含有する、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 内側ガス流が、全酸素量の１〜20重量％の酸
   素と、全酸素量に対して19〜１重量％の合成ガス
   とを含有する、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ４ 石炭−水−懸濁液が１〜25m／sec.の速度で
   反応域に供給され、内側ガス流並びに、石炭−水
   −懸濁液を包囲する外側ガス流が50〜300m／
   sec.の速度で反応域に供給される、特許請求の範
   囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の方
   法。 ５ 石炭−水−懸濁液の流れ方向が内側ガス流の
   流れ方向と５〜30゜の角度を形成し、又外側ガス
   流の流れ方向が石炭−水−懸濁液の流れ方向と５
   〜50゜の角度を形成する、特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の方法。 ６ 水中に懸濁する含炭素粒子と酸素とを別々に
   反応域に供給し、高めた圧力及び1000〜1600℃の
   温度で部分酸化反応を行うことによつて合成ガス
   を製造する際に、中心部で供給される酸素を含有
   するガス流を、その囲りを同軸的に供給される石
   炭−水−懸濁液で包囲し、又更に酸素を含有する
   外側ガス流を同懸濁液の囲りを同軸的に導いて反
   応域に供給し、かつガス化工程の間、石炭−水−
   懸濁液の量及び外側ガス流の量を、両流の流出口
   の拡大又は縮小によつて連続的に、かつ相互に独
   立に増大又は減少することにより、石炭−水−懸
   濁液を部分酸化して合成ガスを製造するための装
   置において、内側ガス供給管と、同管を包囲する
   石炭−水−懸濁液用の円錐テーパー付き供給管と
   が相互に連結し、かつ外側ガス流を限界づける外
   側供給管壁に対して、相互に独立して中心軸の方
   向に変位可能に配備されていることを特徴とす
   る、石炭−水−懸濁液の部分酸化により合成ガス
   を製造するための装置。