JPH0425992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は、液状担体中の固体炭素質燃料のポン
プ給送可能なスラリの部分酸化による、H₂とCO
を含む混合ガス、たとえば、合成ガス、燃料ガ
ス、還元ガスの製造に関するものである。本発明
の１つの具体的な面においては、本発明はそのよ
うなガスを製造するための改良した燃焼機に関す
るものである。 〔従来技術〕 部分酸化ガス発生器の中に供給流を入れるため
には、環状燃焼機が用いられている。たとえば、
米国特許第3528930号明細書に単一環燃焼機が示
されており、米国特許第3758037号および第
3847564号明細書に二重環燃焼機が示されている。
燃料を適切に霧化し、混合し、運転を安定に行う
ために、部分酸化プロセス用の燃焼機はある特定
の発生量とするための大きさに作られる。生成ガ
スの要求される出力が大幅に変化したとすると、
それまでの燃焼機を適切な大きさの燃焼機に交換
するために、装置の運転を停止することが求めら
れる。 〔発明の概要〕 軸に対する対称性、安定度および効率を維持し
つつ出力レベルを変化させて運転できる本発明の
燃焼機を用いることにより、上述の問題は避けら
れ、かつ経費のかかる運転停止が解消される。 合成供給、燃料ガス、または還元ガスを製造す
るための自由流部分酸化ガス発生器の中に４種類
の供給流を同時に導入でき、ガス発生量を大幅に
低下させて運転できる燃焼機が設けられる。それ
ら別々の供給流は、遊離酸素含有ガス、スチー
ム、リサイクル生成ガス、炭化水素ガスの群から
選ばれた気体状物質の流れと、液相の個体炭素質
燃料のポンプで送ることが可能なスラリ流たとえ
ば石炭−水と、遊離酸素含有ガスの２つの流れと
を含む。 その燃焼機のガス発生量を大きく低下させるこ
とができ、中心の円筒形導管と第２、第３および
外側の円筒形導管を含む。それらの導管は互いに
半径方向に隔てられて、第１と第２および外側の
同軸同心環状通路を形成する。それらの導管は燃
焼機の中心長手軸と同軸である。全ての導管と全
ての環状通路の上流側端部は閉じられ、下流側端
部開かれる。中心導管の内径と外径は、燃焼機の
下流側端部において小さくされて円筒形状ノズル
を形成する。第１の環状通路は収束する円錐台形
環状部分で終端し、その円錐台形環状部分は燃焼
機の下流側端部の近くで直円筒部分となる。第２
の環状通路と外環状通路は、燃焼機の下流側端部
近くで収束する円錐台形部分となる。燃焼機の先
端部を冷却するために水冷環状リングが設けられ
る。燃焼機の下流側端部の周囲には冷却コイルが
巻きつけられる。 第１の環状通路からの固体炭素質燃料のスラリ
流により囲まれている中心導管からの、遊離酸素
含有ガス、スチーム、リサイクル生成ガス、およ
び炭化水素ガスより成る群から選択されたガス流
を含む中心コアが、燃焼機下流側部分から放出さ
れる。それらの流れに、第２と外側の環状通路と
を高速度で流れる遊離酸素含有ガスの２つの別々
の流れが、衝突させられる。スラリ流の霧化と、
スラリ流と遊離酸素含有ガスとの良好な混合とが
主として反応領域内で起る。中心導管の先端部
と、第２および第３の導管の先端部とは、燃焼機
の長手軸に垂直な同じ平面内で、外側導管出口オ
リフイスで終端する。しかし、ある例において
は、中心導管並びに第１および第２の導管の先端
部が引き込められているから、外側出口オリフイ
スより前、または外側出口オリフイスにおいてあ
る程度の混合が起ることがある。その場合には、
固体炭素質燃料のスラリと遊離酸素含有ガスとの
混合物（希望によつては温度調整剤を混合するこ
とがある）の高いバルク速度が、この燃焼機の出
口を横切つて維持される。有利なことに本発明に
よつて、ガス発生量低下時においても、遊離酸素
含有ガスの高速度で環状の流れを、霧化のため
と、スラリとの混合のために、同様に利用でき
る。固体炭素質燃料のスラリを分散させるため
に、遊離酸素含有ガスの速度を最適値の近くに保
持できる。ガス発生量を広い範囲にわたつて変化
−増加または減少−できる。更に、反応体の流れ
パターンの軸対称が維持される。 〔実施例〕 以下、本発明を詳しく説明する。 本発明は、合成ガス、燃料ガス、または還元ガ
スを製造するために触媒を用いない部分酸化法に
使用する新規な燃焼機に関するものである。この
燃焼機は、液状担体中の固体炭素質燃料のポンプ
で送ることが可能なスラリを含む反応体燃料流に
使用することが好ましい。この燃焼機により、温
度調整剤が混合され、または混合されていない遊
離酸素含有ガスの反応体供給流が、反応体燃料供
給流に混合され、かつ希望によつてはガス流とも
混合される。霧化と混合は通常の部分酸化ガス発
生器の反応領域内で主として行われる。しかし、
一実施例においては、燃焼機の先端部より前にお
いて、またはその先端部においてある混合が行わ
れることがある。 高温の粗ガス流が、耐火物で覆われた非接触自
由流部分酸化ガス発生器の反応領域内において、
約926〜1927℃（約1700〜3500〓）の温度、およ
び約５〜250気圧のような約１〜300気圧の範囲の
圧力、たとえば約10〜100気圧の圧力において発
生される。典型的な部分酸化ガス発生器が米国特
許第2809104号明細書に記載されている。ガス発
生器から流出した粗ガス流はH₂とCOを含む。次
のような物質のうち１種類またはそれ以上も存在
する。すなわち、CO₂、H₂O、N₂、Ａ、CH₄、
H₂S、COSのような物質も含まれることがある。
燃料と運転条件に応じて、伴出物質とえば粒子状
油煙、フライアツシユ、またはスラグが粗ガス流
とともに発生されることがある。 燃焼機は、その第１の環状通路の下流側端部近
くに、直円筒環状部分に至る収束円錐台形環状部
分がある。第２、第３、および外側の環状導管
は、半径方向に相互に離間し、中央導管にその長
さに沿つて同軸同芯である。各導管の下流側端で
第２導管の内側である収束状の部分は、それらの
下流端部近傍で直円筒部に至る。通常のスペーサ
が、導管相互の間隔維持のために用いられて、導
管相互間に第１、第２および外側の障害物のない
環状通路をつくる。導管を相互間で対称的に離間
させ、かつ、供給流に対して最小の障害で安定し
た配列を保持するために、整列ピン、フイン、芯
出しベーン、スペーサその他の周知の手段が用い
られる。 第１の環状通路の下流端近傍では、収束する円
錐台状環状部分が直円筒部へ移行する。第２、お
よび外側の環状通路の下流側端部近くには、収束
円錐台形環状部分がある。それらの導管と環状通
路の上流側端部は、気密封じを行う通常の手段、
たとえば、フランジ、プレート、スクリユー・キ
ヤツプにより閉じられる。次のような供給流、(1)
中心導管には−遊離酸素含有ガス、スチーム、リ
サイクル生成ガス、炭化水素ガスより成る群から
のガス状状物、(2)第２の導管には−固体炭素質燃
料のスラリ、(3)第３の導管には−遊離酸素含有ガ
スの高速度流、(4)外側導管には−遊離酸素含有ガ
スの高速度流、をそれぞれ入れるために、フラン
ジ附入口が各導管の上流側端部に通じる。 第２および外側の環状通路の下流側端部近く
は、中心長手軸へ向つて、約15〜60度の範囲、た
とえば約20〜40度の収束角度で収束する。第２お
よび外側の環状通路は、それぞれの下流側端部へ
向つて平行にできる。または、第２および外側の
環状通路の下流側端部へ向う部分の間の収束角度
は０〜90度の範囲、たとえば５〜15度とすること
ができる。 中心導管、第２導管、第３導管、および外側の
導管の放出オリフイスの内径は、次第に大きくな
る。中心導管、第２導管、第３導管、および、外
側の導管の放出オリフイスは、燃焼機の先端部に
おける同じ平面内に設けることもできれば、外側
導管の円形出口オリフイスから引き込めることも
できる。外側導管の円形出口オリフイスはなるべ
く燃焼機の先端部（下流側端部）に配置する。 したがつて、中心導管、第２導管、および第３
の導管の先端部は、外側導管の先端部からの引き
込みを零にでき、または、上流側へ次第に引き込
めることができ、あるいは、上流側へ同一量引き
込めることができる。たとえば、D₀が外側導管
の先端部における円形出口オリフイスの直径を表
すものとすると、中心導管、第２の導管および第
３の導管内先端部は、次の第表に示す値だけ、
外側導管の円形出口オリフイスから上流側へ引き
込めることができる。

【表】 の先端部
第３の導管 0〜1.0×Do：たとえば約0〜0.5×Do
の先端部
一実施例においては、中心導管、第２の導管お
よび第３の導管の先端部を次第に引き込めること
により、末広の円錐台形放出領域を設けることが
できる。その場合には、中心導管の先端部の引き
込み長は第２の導管の先端部の引き込み長と同じ
か、それより大きくできる。この実施例において
は、外側導管出口オリフイスの所で、またはそれ
の直前において、少量の混合が起ることがある。
更に、希望によつては温度調整剤を混合できる、
スラリと遊離酸素含有ガスの混合物の高いバルク
速度は、燃焼機の出口オリフイスを横切つて維持
される。 一実施例においては、燃焼機の下流側端部は、
収束する円錐台形部分である。燃焼機の中心長手
軸は、他の導管の円錐台形部分の外面に接する平
面と、約15〜60度の範囲の角度たとえば約20〜40
度の角度で交差する。 燃焼機の下流側端部にテーパーをつけることに
より、燃焼機の質量が減少するから、燃焼機の端
部における高温の再循環ガスからの熱の吸収が最
少限となる。燃焼機の先端部における環状冷却室
の寸法と、下流側端部において燃焼機を囲む冷却
コイルの寸は小さくできる。更に、環状冷却室の
横断面を長円形にできる。その長円の長軸は後方
へ延び、燃焼機の先端部をえて延びることはほと
んどない。有利なことに、この構造により、冷却
水の量は減少する。更に、燃焼機の先端部に油煙
とスラグの少くとも一方がほとんど付着しないよ
うに、燃焼機の先端部における露出表面積は最少
限にされる。 本発明の燃焼機の中心導管と第２および外側の
環状通路を流れるガス流（温度調整剤が混合され
ていたり、混合されていなかつたりする）の速度
は、１秒間に約22.8m（約76フイート）から音速
までの範囲、たとえば約45〜225m（約150〜750フ
イート）である。第１の環状通路の中を流れる固
体炭素質燃料の液状スラリ流の速度は、１秒間当
り約0.3〜15m（約１〜50フイート）、たとえば約
３〜7.5m（約10〜25フイート）の範囲である。各
ガス流の速度は、液状スラリ流の速度より少くと
も１秒間当り約22.5m（75フイート）だけ早い。 全ての遊離酸素含有ガスは、２つまたは３つの
流に分けられる。したがつて、遊離酸素含有ガス
の３つの別々の部分を、中心導管、第２および外
側の外側環状通路の中に流すことができる。ある
いは、遊離酸素含有ガスの別々の部分を、第２お
よび外側の外側環状通路の中に流すことができ、
中心導管の中には遊離酸素含有ガスを流さない。
その場合には、スチーム、リサイクル生成ガス、
炭化水素ガスより成る群から選択されたガス流
が、中心導管の中に流される。 中心導管と第２および外側の環状通路の中に、
全ての遊離酸素含有ガスが流される実施例におい
ては、燃焼機を流れる遊離酸素含有ガスの全ての
流を、前記導管と前記通路の間で次のように分割
できる（容量％）。すなわち、中心導管−約５〜
60、たとえば約10〜20；第２の環状通路−約５〜
85、たとえば約20〜45；外側環状通路−約５〜
85、たとえば約20〜45である。遊離酸素含有ガス
の流が100％燃焼機内を流れるように、各導管ま
たは各通路を流れる遊離酸素含有ガスの量の選択
が行われる。一実施例においては、中心導管の中
を流れるガスの百率が約10％まで増加した時に、
霧化効率の高い上昇が観察された。その百分率の
値をこえると、霧化効率の上昇ほとんど、また
は、全く観察されなかつた。 第２の環状通路の横断面の面積を外側環状通路
の横断面ので除して得た比は、約0.5〜２、たと
えば約10〜15である。 この燃焼機の運転時には、燃焼機内の通路への
４つの供給流の流を開始させ、停止させ、調整す
るために、流れ制御器を使用できる。燃焼機に入
り、種々の速度で同時に流れる供給流は、燃焼機
の下流側先端部の直前において、その下流側先端
部において、または、その下流側先端部の下流側
において、互いに衝突して混じり合う。液体媒体
中の固体炭素質燃料の液状スラリ流にような１つ
の反応体流が、希望によつては温度調整剤が混合
される遊離酸素含有ガスの流れのような別の反応
体流に高速度で衝突すると、液状スラリ流が細か
い霧状に砕かれる。反応領域内には多相混合物が
生成される。 部分酸化ガス発生器の運転中には、燃焼機を交
換することなしに、流出ガスの発生量を設計発生
量以下に急速に減少させる必要が生ずることがあ
る。燃焼機を交換するには、運転を停させること
が必要となり、その結果としてガス発生の遅延が
生じ、そのために運転経費がかさむことになる。
したがつて、発電のための組合せサイクル運転に
おいては、寿命の長い燃焼機を必要とする。そう
すると、圧力低下は最少限に抑えられ、安定な運
転と効率をぎせいにすることなしにガス発生量を
迅速に変える−増加および減少−ことができる。
更に、この燃焼機は、固体炭素質燃料スラリで運
転しなければならない。それらの要求は本発明の
燃焼機より満されている。固体炭素質燃料の液相
スラリのガス化のために従の燃焼機を用いると、
運転は不安定で、効率が低いことがある。更に、
供給流の混合の程度が低く、固体燃料粒子が酸素
と良く接触することなしにガス化装置の中を通る
ことがある。反応領域内で反応しなかつた酸素
は、その後で生成ガスと反応することがある。更
に、従来燃焼機の面における放出オリフイスを囲
む平らな表面に積る油煙とスラグが、燃焼機の出
口における反応成分の流れパターンをげる。それ
らの問題とその他の問題は本発明の燃焼機により
避けられる。 遊離酸素含有ガスの各流れの流量は、燃焼機へ
の各供給管内に設けられている流制御弁により制
御される。固体炭素質燃料のポンプ給可能なスラ
リの流量は、燃焼機への供給管内に設けられてい
る速さの制御されるポンプにより制御される。燃
焼機の発熱量の減少または増加は、原子酸素と炭
素の比と、H₂Oと燃料の重量比とを、ほぼ一定
に保つて、各流れの流量を変えることにより行わ
れる。各供給管内の流れ制御弁を各遊離酸素含有
ガス流に対して調整することにより、発熱量を減
少または増加している間にも、高い圧力差と高い
速度とが常に維持される。したがつて、ガス状の
コアを有し、燃焼機の円筒形スラリ流には、燃焼
機の、先端部の前において、その先端部におい
て、または、その先端部の下流側において、遊離
酸素含有ガスの少くとも１つの高速度流が常に衝
突させられる。それによりスラリ流の効率の良い
霧化と、スラリ流と遊離酸素含有ガス流の良い混
合が確実に行われる。 流量が減少させられた環状通路の中にスラリが
入ることを阻止するためには、その環状通路の中
において少くともある公称流れ速度、たとえば少
くとも１秒間に約7.6m（25フイート）の速度に維
持することが必要である。減少量の比が設計流量
の50％以上、たとえば約75％、においては、十分
な圧力低下を行える一実施例において、第２また
は外側の環状通路における流速が設計流速より高
いように、遊離酸素含有ガスを分けることができ
る。なるべくなら、第２の環状通路内を流れる遊
離酸素含有ガスの速度を最高にする。その第２の
環状通路はスラリ流が流れる第１の環状通路の次
である。 本発明の燃焼機の一実施例の発熱量を設計発熱
量の100から50％に減少させるための、設計流量
の典型的な％と、容量％と、流れ速度を、下の第
表に示す。発熱量減少は、スラリに衝突する遊
離酸素含有ガス、したがつて霧化効率に影響をほ
とんど及ぼさない。その理由は、燃焼機の中を流
れる少くとも１つの遊離酸素含有ガス流の速度が
高いからである。更に、この実施例の第２の導管
の出口オリフイスを通る遊離酸素含有ガスとスラ
リのバルク速度は、妥当な高い値である。

【表】

【表】 可燃性物質が燃焼機の中を通る間に燃焼するこ
とは、燃焼機の先端部において中心および第２の
環状出口オリフイスおいて反応体供給流を、炎が
伝わる速度より速い速度で放出させるとにより阻
止される。炎の伝わる速さは、混合物の組成、温
度および圧力のような要素の関数である。それら
は通常の方法により計算され、または、実験によ
り決定できる。有利なことに、本発明の燃焼機に
より、燃焼機を熱による損傷から保護するよう
に、発熱部分酸化反応が燃焼機の面から下流側に
十分な距離をおいて行われる。 本発明の燃焼機アセンブリは、たとえば米国特
許第3544291号明細書に示されているように、コ
ンパクトな詰められていない自由流非接触耐火物
被覆合成ガス発生器の上部入口ポートを通つて下
方に挿入される。この燃焼機は、下流側端部が反
応領域内に直接放出するようにして、ガス発生器
の中心長手軸に沿つて延びる。ガス発生器の中に
入れられる反応体供給流（希望によつては温度調
整剤が混合される）の相対的な割合は、燃料中の
炭素のほとんどの部分、たとえば重量％で約90％
またはそれ以上を酸化炭素に変え、オートジニア
ス反応領域内の温度を約926〜1930℃（約1700〜
3500〓）、なるべく約1093〜1538℃（200〜2800
〓）に維持するために慎重に調整する。 反応領域内の滞留時間は約１〜10秒間で、なる
べく約２〜８秒間にする。このガス発生器にほぼ
純粋な酸素が供給されると、このガス発生器から
の流出ガスの乾燥状態におけるモル％で表した組
成は次の通りである。H₂……10〜60，CO……20
〜60，CO₂……５〜40，CH₄……0.01〜５、H₂S
＋COS……０〜５，N₂……０〜５，Ａ……０〜
５。このガス発生器に空気を供給した場合は、ガ
ス発生器の流出ガスの乾燥状態におけるモル％で
表した組成は次の通りである。H₂……２〜30，
CO……５〜35，CO₂……５〜25，CH₄……０〜
２、H₂S＋COS……０〜３，N₂……45〜80，Ａ
……0.5〜1.5。変換されない粒子状炭素油煙、
灰、スラグ、または、それらの混合物は、流出ガ
ス中に含まれる。 乾燥している固体を約30〜75重量％、たとえば
約40〜70重量％含んでいる固体炭素質燃料のポン
プで送ることが可能なスラリを、本発明の第１の
環状通路の入口通路の中に通すことができる。ス
ラリの入口温度は、ほぼ周囲温度から約260℃
（500〓）であるが、約１〜300気圧、たとえば５
〜250気圧、なべくは約10〜100気圧の与えられた
入口圧力において固体炭素質燃料の担体の蒸発温
度以下にするとよい。 適当な固体炭素質原料を記述するためにこの明
細書で使用する固体炭素質燃料という用語は、石
炭、石炭コークス、石炭チヤー（char from
coal）、石炭液化の残油、石油コークス、粒子状
炭素油煙、頁岩から得られた固体、タールサン
ド、ピツチより成る群からの種々の物質、およ
び、それらの物質の混合物を含めたものを意味す
るものである。無煙炭、歴青炭、亜歴青炭、亜炭
を含めて全ての種の石灰を使用できる。粒子状炭
素油煙は、本発明の部分酸化法の副生物として得
られるもの、または、化石燃料を燃焼させて得ら
れるものとすることができる。固体炭素質燃料と
いう用語は、台所のごみ、脱水した衛生汚物など
と、アスフアルト、ゴム、および、自動車のゴム
タイヤを含むゴム状物質のような半固体有機物な
ども定義により意味するものである。 物質の100％が、ASTM Ｅ 11−70ふるい指
示規格1.40mm（あるいはNo.14）を通り、少くとも
80％が、ASTM Ｅ 11−70ふるい指示規格425
mm（あるいはNo.４）を通るような粒子寸法まで、
固体炭素質燃料をなるべく粉砕する。固体炭素質
燃料の水分は、約０〜40重量％、たとえば２〜20
重量％である。 この明細書で、固体炭素質燃料のポンプで送る
ことが可能なスラリを作るための懸濁媒体として
使用する液状担体という用語は、水、液状炭化水
素物質、および、それらの混合物より成る群から
の種々の物質を含むものである。しかし、水は、
固体炭素質燃料の粒子のための好適な担体であ
る。一実施例においては、液状担体は液二酸化炭
素である。その場合には、液状スラリは、固体炭
素質燃料を40〜70重量％含み、残りは液体炭酸ガ
スとすることができる。CO₂−固体燃料スラリ
は、圧力に応じて、約−55〜38℃（約−67〜100
〓）の温度において、燃焼機の中に入れることが
できる。 この明細書で使用する遊離酸素含有ガスという
用語は、空気と、酸素に富んだ空気、すなわち21
モル％以上酸素を含む空気と、ほぼ純粋の酸素、
すなわち、95モル％以上の酸素（残りはN₂と稀
ガス）とを含めて意味するものである。 燃料流と同時に、遊離酸素含有ガスの複数の流
れが約周囲温度から約815℃（1500〓）、酸素に富
んでいる空気の場合にはおよそ周囲温度から149
℃（300〓）、空気の場合には約260〜816℃（約
500〜1200〓）の温度で、反応領域内に供給され
る。圧力は、約１〜300気圧、たとえば５〜250気
圧、なるべくは10〜100気圧である。遊体炭素質
燃料中の炭素原子１個当りの、遊離酸素原子プラ
ス固体炭素質燃料中の有機結合されている酸素原
子（Ｏ／Ｃ原子比）は、約0.5〜1.95とすること
ができる。 この明細書において使用する温度調整剤という
用語は、水、スチーム、CO₂，N₂、生成ガス流
のリサイクル部分を含めて意味するものである。
温度調整剤には、燃料流と酸化剤流との少くとも
一方を混合できる。 この明細書において使用する炭化水素ガスとい
う用語は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、
および、天然ガスなどを含む物質を意味するもの
である。 一実施例においては、供給流は、液状炭化水素
物質と固体炭素質燃料のスラリを含む。液相
H₂Oを液状炭化水素担体に、たとえばエマルジ
ヨンとして、混合できる。H₂Oの一部、すなわ
ちH₂Oの総量の約20〜25重量％を、スチームと
して遊離酸素含有ガスに混合することができる。
H₂O／燃料の重量比は、約０〜５、たとえば約
0.1〜３とすることができる。 適当な液状担体を記述するためにこの明細書に
おいて使用する液状炭化水素物質という用語は、
液化石油ガス、石油留出物および残油、ガソリ
ン、ナフサ、ケロシン、原油、アスフアルト、軽
油、残油、タールサンド油および頁岩油、石炭抽
出油、芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キ
シレン留分）、コールタール、流体接触分解から
のサイクル軽油、コークス軽油のフルフラール抽
出物、メタノール、エタノール、および、その他
のアルコール、オクソ合成物またはオキシル合成
物からの液状炭化水素を含む副生酸素、およびそ
れらの混合物のような種々の物質を含むことを意
味するものである。 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳し
く説明する。 図には発熱量を大幅に減少できる燃焼機アセン
ブリが示されている。燃焼機１には下流側端部２
が設けられる。この下流側端部２は自由流部分酸
化合成ガス発生器（図示せず）の頂部のポートの
中を下方へ通る。燃焼機１の中心長手軸は、とり
つけフランジ３により、合成ガス発生器の中心軸
になるべく整合させる。燃焼機１は、中心導管８
と、第２の導管９と、第３の導管１０と、外側導
管１１とを有する。それらの導管は円筒形であつ
て、互いに同軸状に配置される。燃焼機の下流側
端部に、環状の同軸水冷環１２が設けられる。外
部冷却コイル１３で燃焼機１の下流側端部を囲む
ことができる。供給流を燃焼機１へ送るためのフ
ランジ附入口管２０〜２３が、中心導管８および
同軸状円筒形導管９，１０，１１にそれぞれ連結
される。 燃焼機１は、供給流を自由に流すための妨げら
れない環状通路を３本有する。それらの環状通路
は４本の導管を半径方向に隔てることにより形成
される。したがつて、第１の環状通路２５は、中
心導管８の外面と第２の導管９の内面の間に形成
され、それらの導管は壁スペーサ２６により半径
方向に隔てられる。第２の環状通路２７は、壁ス
ペーサ２８により半径方向に隔てられている第２
の導管９の外面と第３の導管１０の内面との間に
形成される。第３の環状通路２９が、壁スペーサ
３１により半径方向に隔てられている第３の導管
１０の外面と外側導管１１の内面との間に形成さ
れる。 各導管と各通路の上流側端部は閉じられ、カバ
ー板３５〜３８が、中心導管８と、環状通路２５
および第２の導管９と、環状通路２７および第３
の導管１０と、外側環状通路２９および外側導管
１１との上流側端部をそれぞれふさぐ。それらの
カバー板を導管の端部に固定するために、通常の
手段、たとえばフランジ形成、溶接、ねじこみ、
を使用できる。洩れを防ぐためにカスケツトを使
用できる。 燃焼機の下流側端部においては、中心導管８と
第２の導管９の外径が徐々に小さくされ（たとえ
ば約30〜50％）、それぞれ直円筒形部分４０，４
１になる。直円筒形部分４０と４１の間に、環状
通路４２が設けられる。第３および第２の導管１
０，９の先端部４５，４４および希望によつては
中心導管８の先端部４３を、外側導管１１の先端
部４６と、燃焼機の先端部における冷却環１２と
から、上流側へ向つて次第に引き込めて末広がり
の円錐台形領域４７を形成する。あるいは、先端
部４３，４４，４５，４６を、燃焼機の下流側先
端部において、燃焼機の中心長手軸に垂直な同じ
平面内で終端できる。なるべくなら、冷却環１２
の最も智方の部分は、先端部４６が終端する垂直
平面と同じ垂直平面内に終端するようにする。 燃焼機１の上流側端部に設けられているフラン
ジ附入口管２０〜２３に連結されている別々の供
給管を通じて、供給流が燃焼機の中に入れられ
る。したがつて、遊離酸素含有ガス、スチーム、
リサイクル生成ガス、炭化水素ガスより成る群か
ら選択されたガス状物質が、管５５と、流量制御
弁５６と、管５７と、入口管２０の中に流され
る。固体炭素質燃料のポンプで送ることが可能な
液相スラリ、たとえば石炭−水スラリ、が、管５
８と、流量制御手段５９と、管６０と、入口管２
１との中を流される。希望によつて温度調整剤を
混合できる遊離酸素含有ガスの別々の流れが、管
６１−流量制御弁６２−管６３−入口管２２と、
管６４−流量制御弁６５−管６６−入口管２３
と、にそれぞれ流される。 以下、本発明の実施の態様を列挙する。 (1) 上流側端部が閉じられ、燃焼機の中心長手軸
と同軸である中心長手軸を有する中心円筒形導
管と、円形の出口オリフイスが中心導管の上流
側端部に存在するようにして、まつすぐな円筒
形部分の中に入る、ふさがれない収束出口ノズ
ルと、遊離酸素含有ガス、スチーム、リサイク
ル生成ガス、炭化水素ガスより成る群から選択
されたガス状供給流を導入するために中心導管
の上流側端部に通じる入口要素と、前記中心導
管の長さに沿つてその中心導管と同軸である第
２の導管と、円形の出口オリフイスが中心導管
の上流側端部に存在するようにして、直円筒形
部分となる収束出口ノズルと、前記中心導管と
前記第２の導管を半径方向に隔て、その中心導
管と第２の導管の間に、上流側端部が閉じられ
ている第１の環状通路を形成するための要素
と、固体炭素質燃料のポンプで送ることが可能
なスラリを導入するために第２の導管の上流側
端部に通じる入口要素と、前記第２の導管の長
さに沿つてその第２の導管と同軸である第３の
導管と、前記第２の導管と前記第３の導管を半
径方向に隔て、その第２の導管と第３の導管の
間に、上流側端部が閉じられている第２の環状
通路を形成するための要素と、遊離酸素含有ガ
スの供給流を前記第２の環状通路の中に導入す
るために第３の導管の上流側端部に通じる入口
要素と、前記第３の導管の長さに沿つてその第
３の導管と同軸である外側導管と、燃焼機の先
端部における円形出口オリフイスを通じて放出
する、外側導管の下流側端部近くの外側収束ノ
ズルと、前記第３の導管と前記外側導管を半径
方向に隔て、その第３の導管と外側導管の間
に、上流側端部が閉じられている外側環状通路
を形成するための要素と、遊離酸素含有ガスの
供給流を前記第３の環状通路の中に導入するた
めに外側導管の上流側端部に通じる入口要素
と、燃焼機の下流側端部を囲む外側環状水冷室
とを備え、前記第２の環状通路は、燃焼機の長
手軸に対して約15〜60度の収束角度で収束して
いる円錐台部分に下流側端部へ向つて形成さ
れ、前記外側環状通路は、燃焼機の長手軸に対
して約15〜60度の収束角度で収束している円錐
台部分に下流側端部へ向つて形成されることを
特徴とする遊離酸素含有ガスと固体炭素質燃料
のポンプで送ることが可能なスラリを反応領域
の中に導入するための燃焼機。 (2) 上記１項記載の燃焼機であつて、中心導管の
下流側先端部は、燃焼機の先端部における外側
導管出口オリフイスの直径の約０〜1.0倍の距
離だけ、外側導管出口オリフイスから上流側へ
引き込められることを特徴とする燃焼機。 (3) 上記１項または２項記載の燃焼機であつて、
第２の導管と第３の導管の先端部は燃焼機の先
端部における外側導管出口オリフイスの直径の
約０〜10倍の距離だけ、外側導管出口オリフイ
スから上流側へ引き込められることを特徴とす
る燃焼機。 (4) 上記１〜３項のいずれかに記載の燃焼機であ
つて、第２の導管と第３の導管の先端部は外側
導管出口オリフイスから上流側へ逐次引き込め
られ、燃焼機の下流側先端部より前に収束する
円錐台形の放出領域を設けるように、中心導管
の先端部の引きこみ距離は第２の導管の先端部
の引きこみ距離と少くとも同じであることを特
徴とする燃焼機。 (5) 上記１〜４項のいずれかに記載の燃焼機であ
つて、燃焼機の先端部における外側導管出口オ
リフイス（D₀）からの上流側引き込みは、中
心導管の先端部に対しては1.0までの範囲、第
２と第３の導管の先端部に対しては0.5×D₀ま
での範囲であつて、燃焼機の下流側先端部より
前に収束する円錐台形放出領域を設け、混合物
の高いバルク速度が燃焼機の出口オリフイスを
横切つて維持されることを特徴とする燃焼機。 (6) 上記１〜５項のいずれかに記載の燃焼機であ
つて、下流側端部において燃焼機の外周部を囲
む水冷冷却コイルが設けられることを特徴とす
る燃焼機。 (7) 上記１〜６項のいずれかに記載の燃焼機であ
つて、第２の通路と外側通路はそれぞれの下流
側端部へ向つて互いに平行であり、または約０
〜90度の範囲の角度で部分が収束することを特
徴とする燃焼機。 (8) 上記１〜７項のいずれかに記載の燃焼機であ
つて、前記各入口要素に外側で連結される別々
の供給流導管と、前記供給流導管の中を流れる
供給流の流量を別々に制御するために前記各供
給流導管内の流量制御器とが設けられることを
特徴とする燃焼機。 (9) H₂とCOで構成され、かつ液状担体中の固体
炭素質燃料のポンプで送ることが可能なスラリ
を含む供給流と温度調整剤を任意に混合された
遊離酸素含有ガスの供給流との、自由流ガス発
生装置の反応領域内で約926〜1930℃（約1700
〜3500）の温度および約５〜250気圧の圧力で
起る部分酸化により、H₂とCOで構成され、か
つ群CO₂，H₂O，N₂，CH₄，H₂S，COSからの
少くとも１種類と随伴物質を含む混合ガスの連
続製造方法において、 １ 遊離酸素含有ガスと、スチームと、リサイク
ル生成ガスと、炭化水素ガスとより成る群から
のガス状物質を、前記ガス発生装置の上流部分
の内部に装置されて、半径方向に隔てられて、
相互間に、供給流入口が設けられている上流側
端部が閉じられ、かつ下流側出口オリフイスが
放出のために開かれている第１、第２および外
側同心通路を形成する同心状の中心、第２、第
３および外側の円筒形導管を備えている燃焼機
の中心導管内を１秒間当り約23m（約76フイー
ト）から音速までの範囲の速度で通す工程と、 ２ 前記第１の環状通路内に液状担体中の固体炭
素質燃料のポンプで送ることが可能なスラリ流
を１秒間当り約0.3〜15m（約１〜50フイート）
の範囲の速度で同時に通す工程と、 ３ 遊離酸素含有ガスのスチームを約23m（約76
フイート）〜音速の範囲の速度で前記第２と外
側の環状通路に同時に通す工程と、 ４ 外側導管出口オリフイスより前において、外
側導管出口オリフイスにおいて、または外側導
管出口オリフイスの下流側において前記供給流
を互いに混合して、固体炭素質燃料中の炭素の
原子当りの遊離酸素の原子プラス固体炭素質燃
料中の有機的な化合された酸素の原子が約0.5
〜1.95の範囲であり、かつH₂O／燃料の重量比
が約0.1〜３の範囲である混合物を発生する工
程と、 ５ 工程４からの混合物を前記反応領域内で部分
酸化することにより反応させて前記混合物を発
生する工程と、 を備えることを特徴とする混合ガス連続製造方
法。 (10) 上記９項記載の方法であつて、中心導管は、
下流側端部近くで小さい直径の直円筒形部分の
中に展開する収束円錐台環状部分が第１の環状
通路の下流側端部近くにあり、収束円錐台環状
部分は第２の環状通路と外側環状通路との下流
側端部近くにあり、ガス状のコアを有する円筒
形状スラリ流を燃焼機の前方部分において放出
させ、その前方部分において、燃焼機の先端部
より前における、燃焼機の先端部における、ま
たは燃焼機の先端部の下流側における遊離酸素
含有ガスの少くとも１つの高速度流をその円筒
形スラリ流に衝突させることを特徴とする方
法。 (11) 上記９項または第10項記載の方法であつて、
遊離酸素含有ガスの約５〜60容量％を中心導管
の中に通し、残りの遊離酸素含有ガスを分けて
第２の環状通路と外側環状通路に同時に通すこ
とを特徴とする方法。 (12) 上記11項記載の方法であつて、全ての遊離酸
素含有ガスを３つの流れに分割する工程と、10
容量％を中心導管に流す工程と、残りを前記第
１の環状通路と前記外側環状通路の間に分ける
工程とが設けられることを特徴とする方法。 (13) 上記９〜12項のいずれかに記載の方法であ
つて、液状担体中の前記固体炭素質燃料のポン
プで送ることが可能なスラリは、石炭、亜炭、
石炭コークス、石炭チヤー、石炭液化残渣、石
油コークス、粒子状の炭素すすより成る群から
選択した固体炭素質燃料と、油母頁岩、タール
サンド、ピツチ、ごみくず、脱水した衛生汚
物、から得た固体と、アスフアルト、ゴム、自
動車タイヤを含むゴム状物質のような半固体有
機物とを含み、液状担体は水、液状炭化水素物
質、およびそれらの混合物より成る群から選択
され、前記遊離酸素含有ガスは空気、酸素を多
く含んだ空気、ほぼ純粋な酸素より成る群から
選択されることを特徴とする方法。 (14) 上記９〜13項のいずれかに記載の方法であ
つて、(a)前記各流れの流量がそれぞれの設計流
量に、その設計流量の希望の百分率を乗じたも
のにほぼ等しいように、工程１におけるガス状
物質の流れの流量と、工程２における固体炭素
質燃料のポンプで送ることが可能なスラリ流の
流量とを調整する工程と、(b)燃焼機内を流れる
全ての遊離酸素含有ガス流の全流量が、燃焼機
内を流れる前記各遊離酸素含有ガスの個々の設
計流量に前記希望の百分率を乗じためのの和に
ほぼ等しいように、工程３における各遊離酸素
含有ガス流の流量を同時に変える工程とを備え
る、燃焼機が最初に設計された設計流量の前記
希望の百分率まで前記燃焼機の流量を減少また
は増加する付加工程が設けられることを特徴と
する方法。 (15) 上記９〜13項のいずれかに記載の方法であ
つて、前記燃焼機には前記各円筒形導管と各環
状通路との各上流側端部に通じる別の入口要素
と、前記各入口要素に外部で連結される別の供
給流導管と、供給流導管の中を流れる供給流の
流量を制御するための各供給流導管内の別の流
量制御器とが設けられ、全遊離酸素含有ガスの
約５〜60容量％を、温度調整剤を混合して、ま
たは温度調整剤を混合することなしに中心導管
の中を流し、遊離酸素含有ガスの残りは、温度
調整剤を混合して、または温度調整剤を混合す
ることなしに別々の流れに分割して第２の環状
通路と外側環状通路の中を同時に流し、(a)温度
調整剤を混合して、または温度調整剤を混合す
ることなしに中心導管の中を流れる遊離酸素含
有ガスの流れと第１の環状通路の中を流れる固
体炭素質燃料のスラリ流の流れとに対して、設
計流量に前記希望の百分率を乗じたものにほぼ
等しいように流量を減少するようにそれぞれの
流量制御器を調整する工程と、(b)温度調整剤を
混合されて、または温度調整剤を混合されるこ
となしに燃焼機の中を流される遊離酸素含有ガ
スの全ての流れの流量を、温度調整剤を混合し
て、または温度調整剤を混合することなしに燃
焼機の中に流れる遊離酸素含有ガスの各流れの
個々の設計流量の和に前記希望の百分率を乗じ
たものにほぼ等しいように、かつ、温度調整剤
を混合して、または温度調整剤を混合すること
なしに中心導管と少くとも１本の環状通路の中
を流れる遊離酸素含有ガスの各流れの速度を、
第１の環状通路の中を流れる固体炭素質燃料の
スラリ流の速度より１秒間当り少くとも約
22.9m（75フイート）高い値に保ち、かつ温度
調整剤を混合して、または温度調整剤を混合す
ることなしに前記第２の環状通路と外側環状通
路の中を流れる遊離酸素含有ガスの各流れの速
度を、スラリがいずれかの環状通路の中に入る
ことを阻止するために十分なレベルに保つて、
温度調整剤を混合して、または温度調整剤を混
合することなしに前記第２の環状通路と外側環
状通路の中を流れる遊離酸素含有ガスの各流れ
のそれぞれの流量制御器を同時に調整する工程
とを備える、燃焼機が最初に設計されている設
計流量の希望の百分率まで前記燃焼機の流量を
低下させる付加工程が設けられることを特徴と
する方法。 (16) 上記15項の方法であつて、(a)と(b)における
流量調整は原子酸素と炭素比およびH₂Oと燃
料の重量比とをほぼ一定に保つて行うことを特
徴とする方法。 (17) 上記16項記載の方法であつて、温度調整剤
を混合されて、または温度調整剤を混合される
ことなしに第２の環状通路の中を流れる遊離酸
素含有ガス流の速度は他の流れの速度より高い
ことを特徴とする方法。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例による燃焼機の上流側端
部と下流側端部を示す縦断面図である。 １……燃焼機、８……中心導管、９……第２の
導管、１０……第３の導管、１１……外側導管、
１２……水冷環、１３……冷却コイル、２０〜２
３……入口管、２５……第１の環状通路、２７…
…第２の環状通路、２９……外側環状通路、３５
〜３８……カバー板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液状担体中の固体炭素質燃料のポンプで送る
   ことが可能なスラリを含む供給流と、温度調整剤
   を任意に混合された遊離酸素含有ガスの供給流と
   の、自由流ガス発生装置の反応領域内における、
   約926〜1930℃（約1700〜3500〓）の温度および
   約５〜250気圧の圧力での、部分酸化を用いるこ
   とによつて、 前記反応領域内への反応のための前記供給流の
   導入が、燃焼機、すなわち、供給流通過のために
   中心通路と複数の同心の環状通路とを定める中心
   導管およびこの中心導管を囲む複数の導管を有す
   る燃焼機、を通して行われる、 H₂およびCOを主成分とし、CO₂，H₂O，N₂，
   CH₄，H₂S，COSからの少なくとも１つと、随伴
   物質とを含んでいる、混合ガスの連続製造方法で
   あつて： (i) 前記燃焼機は、前記ガス発生装置の上部でそ
   の内部に装置され、同心状で半径方向に相互に
   離間したほぼ円筒形の、中心導管、第２の導
   管、第３の導管、外側導管８，９，１０，１１
   を備えていて、それら相互間に第１の環状通
   路、第２の環状通路、外側の環状通路２５，２
   ７，２９を形成し、中心導管および各環状通路
   の上流側端部は閉じられてそこに供給流入口２
   ０，２１，２２，２３が設けられ、中心導管お
   よび各環状通路の下流側端部は放出のために出
   口オリフイスで開放されており、 かかる燃焼機の前記中心導管に、遊離酸素含
   有ガス、スチーム、リサイクルの生成ガス、炭
   化水素ガスより成る群から選択されたガス状物
   質を、約23m／秒（約76フイート／秒）から音
   速までの範囲の速度で、通す工程と； (ii) 同時に、前記第１の環状通路２５に、液状担
   体中の固体炭素質燃料のポンプで送ることが可
   能なスラリ流を、約0.3〜15m／秒（約１〜50
   フイート／秒）の範囲の速度で、通す工程と； (iii) 同時に、前記第２の環状通路および前記外側
   の環状通路２７，２９に、遊離酸素含有ガス
   を、約23m／秒（約76フイート／秒）から音速
   までの範囲の速度で通し、それらの環状通路の
   下流端でガス流を収束させて、その収束するガ
   ス流を、前記中心導管および前記第１の環状導
   管から流出するガス流のコアで形成される中央
   のスラリ流に、衝突させる工程と； (iv) 収束するガス流を、高速度で、前記中心導管
   および前記第１の環状導管から流出するガス流
   に衝突させることにより、前記外側導管の出口
   オリフイスの位置、その手前、ないし、その下
   流側で供給流を混合し、遊離酸素の原子数と固
   体炭素質燃料中の有機的に化合した酸素の原子
   数との和が、固体炭素質燃料中の炭素の原子当
   たり、約0.5〜1.95の範囲にあり、H₂O／燃料
   の重量比が約0.1〜３の範囲にある混合物を生
   成する混合工程であつて、燃焼機のガス発生量
   低下運転が必要であるときは、前記環状通路お
   よび前記外側の環状通路の一方からの収束する
   ガス流を遮断するものである、混合工程と； (v) 工程(iv)からの混合物を、前記反応領域内で部
   分酸化することにより反応させて前記混合ガス
   を発生する工程と を備えることを特徴とする混合ガスの連続製造方
   法。 ２ 円筒形の中心導管８を備えるとともに、この
   中心導管を囲む第２と第３の導管９，１０および
   外側導管１１を備え、これらの全ての導管は相互
   間に配したスペーサ手段２６，２８，３１で燃焼
   機の中心の長手軸線に同心に位置させられて、中
   心の通路および第１、第２、第３の環状通路２
   ５，２７，２９を形成し、 前記通路８，２５，２７，２９それぞれに供給
   流を導入するための入口手段２０，２１，２２，
   ２３を備え、前記第１、第２、第３の環状通路２
   ５，２７，２９にはそれらの下流端に収束した出
   口ノズルを備え、前記反応領域の上部のポートに
   装置されるものである、遊離酸素含有ガスと炭素
   質燃料を同時に反応領域へ導入する燃焼機であつ
   て： 遊離酸素含有ガスを、個体炭素質燃料のポンプ
   で送ることが可能なスラリに混合させて降下させ
   て、部分酸化による自由流ガス発生装置の反応領
   域に同時に導入する状態で、ガス発生量を高度に
   低下させた運転を可能とするものであり； 前記円筒形の中心導管８は、その上流端３５
   で、遊離酸素含有ガス、スチーム、リサイクルの
   生成ガス、炭化水素ガスより成る群から選択され
   たガス状の供給流を受けられる状態で、閉じられ
   ているともに、出口ノズルにして、絞られて直円
   筒形部分４０へと続き、さらに円形出口オリフイ
   スへと続いて成る出口ノズルを有し、もつて、そ
   の中心導管の出口部分では一体的な降下流が形成
   され； 前記第２の導管９は、一体の出口ノズルにし
   て、絞られて直円筒形部分４１へと続き、前記第
   ２の導管の下流端の円形出口オリフイスへと続い
   て成る出口ノズルを有し、個体炭素質燃料のポン
   プで送ることが可能なスラリを受ける前記第１の
   環状通路２５が前記第２の導管の下流端の近くで
   真つ直ぐな環状通路４２へと続いており； 前記第３の導管１０と前記第２の導管９とによ
   り形成される前記第２の環状通路２７は、その上
   流端で遊離酸素含有ガスの供給流を受けられる状
   態で、閉じられているとともに、下流端へ向かつ
   て燃焼機の長手軸線に対して15〜60度の収束角度
   で収束している円錐台部分４５へと続いており； 前記第外側導管１１と前記第３の導管１０とに
   より形成される前記第３の環状通路２９は、その
   上流端で遊離酸素含有ガスの別の供給流を受けら
   れる状態で、閉じられているとともに、下流端へ
   向かつて燃焼機の長手軸線に対して15〜60度の収
   束角度で収束している円錐台部分へと続いてお
   り； 前記入口手段２０，２１，２２，２３それぞれ
   には、外部から結合された個別の供給流管５５，
   ５８，６１，６４と、それらの供給流管それぞれ
   を通る流れの流量を別々に制御する流量制御手段
   ５６，５９，６２，６５とが備えられ、 前記外側導管１１の外表面に取着されたフラン
   ジ手段３にして、前記ガス発生装置の上部のポー
   トに燃焼機の下流端を挿入して燃焼機の長手軸線
   をガス発生装置の中心軸線に一致させて燃焼機を
   位置させるためのフランジ手段３が備えられ、 燃焼機の下流端の部分を外方から囲んでいて断
   面長円形状の環状の水冷環１２が備えられ； 前記中心導管、第２の導管、第３の導管の先端
   部は、前記外側導管の出口オリフイスから引き込
   められているか、または、燃焼機の長手軸線に垂
   直で前記外側導管の出口オリフイスに一致した面
   内で終端しており、 ガス流のコアで形成される円筒形状のスラリ流
   が燃焼機から流出し、それに、遊離酸素含有ガス
   の２つの高速流が衝突し叉は燃焼機のガス発生量
   低下運転時には遊離酸素含有ガスの１つの高速流
   が衝突し、その衝突が燃焼機の先端部の位置、そ
   の手前、ないし、その下流端で行われて、スラリ
   流と遊離酸素含有ガスとの霧化および十分な混合
   が与えられるようにした ことを特徴とする燃焼機。